(57)【要約】【課題】安定性が高い、良好な放熱性を有しつつ小型化を図ることができる半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】エアリッジ構造端面発光レーザ素子の溝部を覆う絶縁膜が１１ａと１１ｂで組成されて段差構造を有し、厚い部分の膜厚Ｈ１と薄い部分の膜厚Ｈ２が、０．１μｍ≦Ｈ2≦０．７μｍ、０．１μｍ≦Ｈ１−Ｈ2≦３μｍの条件を満足し、厚い部分の上に電極１２を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板上に形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の上に形成された量子井戸構造を含む活性層と、前記活性層の上に形成されたリッジ部とリッジ部の両側のストライプ溝を有する第２導電型半導体層とを備え、前記リッジ部の側面とストライプ溝の表面を覆う絶縁膜を設け、前記ストライプ溝の表面を覆う絶縁膜の厚みに段差を有し、少なくとも前記ストライプ溝上の一部の絶縁膜が溝の端部の絶縁膜より厚く、前記絶縁膜を覆うと共に、前記リッジ部表面に電気的に接続される電極層を、前記溝部を覆う絶縁膜の厚い部分上に形成することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項1に記載の半導体レーザ素子において、前記溝部を覆う、厚み段差のある絶縁膜の一番厚い部分の厚みをH1とし、一番薄い部分の厚みをH２として、H１とH２が、
０．１μｍ≦Ｈ2≦０．７μｍ
０．１μｍ≦Ｈ１−Ｈ2≦３μｍ
の条件を満足することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子において、前記溝部を覆う厚み段差のある絶縁膜が１種類以上材料で構成されることを特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光情報処理などの技術分野において光源として用いられる半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、AlGaInP材料系の赤色半導体レーザ素子が、レーザプリンタ光源、高密度光ディスクピックアップ、ＰＯＦ通信の光源として非常に注目されている。更に、半導体レーザアレイ（半導体モノリシックレーザアレイ）は、高速レーザプリンタ、光ディスクピックアップ、光ファイバ通信の光源として優れた特長を持っている。１回の結晶成長で製造されるエアリッジ型の半導体レーザは、結晶成長工程が３回必要なリッジ埋め込み型半導体レーザに比べて製造工程が簡便なため、低コストで半導体レーザ素子を製造することができるというメリットがある。図５と図６は、それぞれ従来の１回の結晶成長工程で製造される半導体レーザ素子の断面図である。
【０００３】
図５の半導体レーザ素子は、ｎ−GaAs基板５０２上に、ｎ−GaAsバッファ層５０４、ｎ−GaInP中間層506、ｎ−AlGaInPクラット層508、ノンドープMQW（多重量子井戸）活性層５１０、ｐ−AlGaInPクラッド層５１２、ｐ−GaInPエッチングストップ層５１４、ｐ−AlGaInPクラッド層５１６、ｐ−GaAsキャップ層５１８を備え、前記ｐ−GaAsキャップ層５１８と、ｐ−AlGaInPクラッド層５１６とに形成されたリッジ部５２８を有する。
【０００４】
このリッジ部５２８の両側に、幅が約２０μｍの溝５２９とダミーリッジ部５３０がある。前記リッジ部５２８の側面と、前記溝５２９の内側面と、前記ｐ−GaAsキャップ層518の側面とに、SiO2からなる誘電体膜５２０を形成する。前記誘電体膜５２０の表面と、リッジ部５２８のｐ−GaAsキャップ層５１８の表面に、ｐ側電極５２２が形成され、このｐ側電極５２２上に、約３μｍの厚みのｐ側Ａｕメッキ電極５２４が形成されている。このｐ側Ａｕメッキ電極５２４によって、レーザ発振で発生した熱を放出させ、また、半田でサブマウントに実装されるときの応力歪を緩和するようにしている。前記ｎ型GaAs基板５０２の下側面には、ｎ型電極５２６が形成されている。
【０００５】
図６の半導体レーザ素子は、ｎ型GaAs基板６０２上に、ｎ型GaAsバッファ層６０４、ｎ型GaInP中間層６０６、ｎ−AlGaInPクラッド層６０８、ノンドープMQW活性層６１０と、第１上部クラット層としてｐ−AlGaInP層６１２と、第２上部クラット層としてのｐ−AlGaInPクラット層６１４と、ｐ−GaAsキャップ層６１８が形成されている。前記GaAs基板６０２の上部から前記ｐ−GaInPエッチングストップ層までの各層は、前記GaAs基板６０２の下部の幅よりも小さい幅の狭幅部６１７に形成されている。これにより、前記GaAs基板２の上部と下部の間に段部６０２ａが形成されている。また、前記ｐ−AlGaInPクラッド層614とｐ−GaAsキャップ層６１６は、前記幅部６１７の幅より小さい幅のリッジ部６１５に形成されている。前記GaAs基板６０２の段部の表面と、前記狭幅部６１７の表面と、前記リッジ部６１５の側面に、誘電体膜としてのSiO2膜６１８が形成されている。このSiO2膜の表面と前記GaAsキャップ層６１６の表面に、ｐ側電極層６２３が形成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８９０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記の従来の半導体レーザ素子は、寸法の低減が困難である。詳しくは、前記図５のような従来の半導体レーザ素子の幅を減少すると、溝５２９幅の低減に従って両側のダミーリッジ部での光の吸収が大きくなるので、レーザ素子の発光効率が低下するという不都合を招く。図６のような従来の半導体レーザ素子において、寸法の低減より、高次モードの影響が著しくて、レーザ出力の変動が大きくなってしまう。
【０００８】
本発明の課題は、安定性が高い、良好な放熱性を有しつつ小型化を図ることができる半導体レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、第１導電型半導体基板上に形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の上に形成された量子井戸構造を含む活性層と、前記活性層の上に形成されたリッジ部とリッジ部の両側のストライプ溝を有する第２導電型半導体層とを備え、前記リッジ部の側面とストライプ溝の表面を覆う絶縁膜を設け、前記ストライプ溝の表面を覆う絶縁膜の厚みに段差を有し、
少なくとも前記ストライプ溝上の一部の絶縁膜が溝の端部の絶縁膜より厚く、前記絶縁膜を覆うと共に、前記リッジ部表面に電気的に接続される電極層を、前記溝部を覆う絶縁膜の厚い部分上に形成することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記溝部を覆う、厚み段差のある絶縁膜の一番厚い部分の厚みをＨ1とし、一番薄い部分の厚みをＨ２として、Ｈ１とＨ２が、
０．１μｍ≦Ｈ２≦０．７μｍ
０．１μｍ≦Ｈ１−Ｈ２≦３μｍ
の条件を満足することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第３の手段は前記第１又は第２の手段において、前記溝部を覆う厚み段差のある絶縁膜が１種類以上材料で構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明の半導体レーザ素子は、溝部の上に厚み段差がある絶縁膜によって、ボンディングによって生じる応力が活性層に与える影響を低減できると共に、活性層でレーザ光の生成に伴って発生した熱をこの絶縁膜層、或はこの絶縁膜と電極層を介して外部に放出させることにより、素子の放熱性を改善させることができる。従って、従来の素子より安定性が高い、製造コストが低い、良好な放熱性を有する小型化された半導体レーザ素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を以下実施例により説明する。
【実施例１】
【００１４】
半導体基板１は、例えば、ｎ型のGaAs基板である。図２（ａ）に示すように、まず、ｎ−GaAs半導体基板１上に、n−AlGaInPクラッド層２（ｎ＝３×１０１７ｃｍ−３、厚さ：２μｍ）、活性層３（例えば、５ｎｍ厚、＋０．７％圧縮歪みのGaInPウェルと４ｎｍ厚のAlGaInPバリアを交互に積層してウェルを３層含んだ構成としたもの）、ｐ−AlGaInP第１クラッド層４（ｐ＝１〜１０×１０１７ｃｍ−３、厚さ：０．１５〜０．４５μｍ）、p−GaInPエッチングストップ層５(厚さ：１０ｎｍ)、ｐ−AlGaInP第２クラッド層６（ｐ＝５×１０１７ｃｍ−３、厚さ：１．０〜１．５μm）とｐ−GaAsコンタクト層７（ｐ＝０．２〜１×１０１９ｃｍ−３、厚さ：０．２〜０．７μm）が順次にMOVPE(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)法により結晶成長させる。
【００１５】
そして、ｐ−GaAsコンタクト層７上に、周期が３０μｍのストライプ状レジストパターンを形成して、エッチングストップ層５までの各層をエッチング加工する。このようにして、図２（ｂ）に示す半導体レーザアレイ素子のリッジストライプ構造が形成される。このとき、半導体レーザアレイ素子のリッジ部９の幅Wは約１．５〜３μｍである。
【００１６】
次に、図２（ｃ）に示すように、エッチングしたストライプの溝部１0の中間部に厚みＴ０．１〜３μmのSiO2膜１１aを形成させる。このSiO2膜１１ａのリッジ部９幅方向での距離（幅Ｗ１）は０．１〜１２μｍである。
【００１７】
次に、図２（ｄ）に示すように、ＣＶＤ蒸着で、厚みが０．１〜０．７μｍのSiO2膜１１ｂをリッジ部の側面と溝と、SiO2膜１１ａの一部の表面を覆うように形成させる。
【００１８】
続いて、図２（ｅ）に示すように、SiO2膜１１ｂの表面と、コンタクト層７の表面に、ｐ側電極１２が形成されている。このｐ側電極１２の厚みは３μmで、電極１２の端部は絶縁膜SiO2膜１１ａとSiO2膜１１ｂが重なった厚い部分上に形成する。こうすると、ジャンクションダウンで組み立てる構造する場合、ボンディングによって電極端部で生じる応力が結晶に影響を抑える。
【００１９】
最後に基板１の裏面部分を、研磨やエッチングによって薄くする。続いて、基板１の裏面に、ｎ側電極１３を形成する。
【００２０】
本実例形態では、絶縁膜１１ａと１１ｂはSiO２で形成するが、例えばSiNなどの他の放熱性がよい材料を用いてもよい。
【００２１】
以上の実施例ではAlGaInP系半導体レーザアレイ素子について示したが、AlGaAs系やInGaAsP系などIII-V族、III-N系化合物材料よりなる半導体レーザアレイ素子についても適用でき、同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００２２】
半導体レーザアレイ素子の製造プロセスは図２に示すのと同様である。但し、図３に示すように電極１２は絶縁膜１1ａと接触する構造である。また、溝部の絶縁膜１１ａは放熱性がよいSixNyなどの材料からなる。この構造によって活性層３でレーザ光の生成に伴って発生した熱が絶縁膜１１ａと電極層１２を介して外部に放出できる。
【００２３】
以上の実施例ではAlGaInP系半導体レーザアレイ素子について示したが、AlGaAs系やInGaAsP系などIII-V族、III-N系化合物材料よりなる半導体レーザアレイ素子についても適用でき、同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００２４】
半導体レーザアレイ素子の製造プロセスは図２に示すのと同様である。但し、図４に示すように絶縁膜１１ｂは１１aを完全に閉じ込められている。
【００２５】
以上の実施例ではAlGaInP系半導体レーザアレイ素子について示したが、AlGaAs系やInGaAsP系などIII-V族、III-N系化合物材料よりなる半導体レーザアレイ素子についても適用でき、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
前記実施例１から３において、溝部を覆う絶縁膜の一番厚い部分の厚みをＨ1とし、一番薄い部分の厚みをH２として、Ｈ１とＨ２が、
０．１μｍ≦Ｈ２≦０．７μｍ
０．１μｍ≦Ｈ１−Ｈ2≦３μｍ
の条件を満足することで、絶縁膜は良好な均一性が得られると共に、電極と半導体部分の接触を防止しつつ活性層でレーザ光の生成に伴って発生した熱がこの絶縁膜と電極層１２を介して外部に放出できる。前記リッジ部の側面と溝部の両端を覆う絶縁膜の厚みは０．１μｍ〜０．７μｍであるとよい。
【００２７】
前記溝部を覆う絶縁膜の段差が０．１μｍ〜３μｍであるから、熱膨張係数の異なることによって電極が活性層３に影響を与えることは避けることができて、且つジャンクションダウンで組み立てされる半導体レーザアレイ素子の機械的な安定性がよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体レーザ素子の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の実施例２に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子の断面図である。
【図６】従来の他の半導体レーザ素子の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…ｎ−GaAs基板、２…ｎ−AlGaInPクラッド層、３…活性層、４…ｐ−AlGaInP第1クラッド層、５…ｐ−GaInPエッチングストップ層、６…ｐ−AlGaInP第２クラッド層、７…ｐ−GaAsコンタクト層、９…リッジ部、１０…ストライブ溝部、１１ａ…絶縁膜、１１ｂ…絶縁膜、１２…ｐ型電極、１３…ｎ型電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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