(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上方に配置される活性層と、
前記活性層の上方に配置され、面内の一方向に延びるリッジ導波路と、
前記活性層の上方に、前記リッジ導波路から面内方向に離れて配置される台座部と、
前記リッジ導波路の上方に配置される電極部と、
前記電極部と電気的に接続され、前記台座部の上方に配置される端子部と、
前記台座部の上方の前記端子部とは異なる位置に配置される保護部であって、前記保護部の上端が前記電極部及び前記端子部より上方に位置する保護部と、
を備え、
前記保護部は、湾曲しながら面内方向に延びる、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記台座部は、前記リッジ導波路の幅方向の両方に配置され、
前記各々の台座部の上方に前記保護部が形成される、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記各々の保護部は、前記リッジ導波路を軸として対称となるように配置される、
請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記保護部は、前記リッジ導波路に近い側から遠い側に延びる部分を含む、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記保護部は、前記端子部に対して前記リッジ導波路の延伸方向に位置する部分を含む、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記保護部は、金属からなる、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記リッジ導波路及び前記電極部の上方に配置される放熱部をさらに備え、
前記保護部の上端は、前記放熱部より上方に位置する、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記保護部は、上部及び下部を含み、
前記上部及び前記下部の一方が、前記放熱部と一緒に形成される、
請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記台座部と前記保護部の間に、スペーサ層が配置され、
前記保護部は、前記放熱部と一緒に形成される、
請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関し、特には、リッジ型半導体レーザ素子におけるリッジ導波路の保護構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、リッジ導波路を保護するため、リッジ導波路の両側方にそれよりも上面が高い保護層が設けられた半導体レーザ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９８１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術では、リッジ導波路に電気的に接続される端子が保護層上に配置されると考えられる。この場合、端子が最上に位置することになるので、製造段階で素子を吸着する際に端子に傷が生じたり、劈開のため粘着テープで素子を固定する際に端子に異物が吸着するおそれがある。こうした端子の傷や異物は、ワイヤボンディングの接続不良や、画像認識における認識不良を引き起こすおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであり、リッジ導波路と端子の保護を図ることが可能な半導体レーザ素子を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ素子は、半導体基板の上方に配置される活性層と、前記活性層の上方に配置され、面内の一方向に延びるリッジ導波路と、前記活性層の上方に、前記リッジ導波路から面内方向に離れて配置される台座部と、前記リッジ導波路の上方に配置される電極部と、前記電極部と電気的に接続され、前記台座部の上方に配置される端子部と、前記台座部の上方の前記端子部とは異なる位置に配置される保護部と、を備える。前記保護部の上端は、前記電極部及び前記端子部より上方に位置する。
【発明の効果】
【０００７】
上記本発明によると、保護部によってリッジ導波路と端子の保護を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図１Ｂ】同実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。
【図２Ａ】同実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程を表す図である。
【図２Ｂ】図２Ａに続く図である。
【図２Ｃ】図２Ｂに続く図である。
【図２Ｄ】図２Ｃに続く図である。
【図３】同実施形態に係る半導体レーザ素子を搭載した光通信用モジュールを表すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図５Ａ】本発明の第３実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図５Ｂ】同実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。
【図６Ａ】同実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程を表す図である。
【図６Ｂ】図６Ａに続く図である。
【図６Ｃ】図６Ｂに続く図である。
【図６Ｄ】図６Ｃに続く図である。
【図６Ｅ】図６Ｄに続く図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の半導体レーザ素子の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における半導体レーザ素子の各層の材料名や厚さ等の数値は、あくまで例示である。
【００１０】
［第１実施形態］
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図及び平面図である。本実施形態の半導体レーザ素子は、リッジ型半導体レーザ素子として構成されており、その発振波長は１.３μｍ帯である。この半導体レーザ素子において、ｎ型ＩｎＰ（インジウムリン）からなる半導体基板１上には、ｎ型ＩｎＰからなるｎ型バッファ層２と、ｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層３と、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ（インジウムアルミニウムヒ素）層４と、ＩｎＧａＡｌＡｓ（インジウムガリウムアルミニウムヒ素）井戸層及びＩｎＧａＡｌＡｓ障壁層を含む歪多重量子井戸構造の活性層５と、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ層６と、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層７と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒ素リン）からなるｐ型ヘテロ障壁低減層８と、ｐ型ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）からなるｐ型コンタクト層９と、がこの順に形成されている。なお、活性層５の材料はＩｎＧａＡｌＡｓ系材料であるが、ＩｎＧａＡｓＰ系材料であっても構わない。
【００１１】
ｐ型クラッド層７、ｐ型ヘテロ障壁低減層８及びｐ型コンタクト層９を含む上層部１９の幅方向（図１Ｂの左右方向）の中央部には、前後方向（図１Ｂの上下方向）に延びる２本の溝が幅方向に並んで形成されている。ｐ型クラッド層７のうち、２本の溝に挟まれた部分はリッジ導波路１０とされ、２本の溝の外側の部分は台座部７ｂとされる。リッジ導波路１０は、前後方向の端から端まで直線状に延びている。台座部７ｂは、リッジ導波路１０から幅方向の両方に離れて配置されている。これらリッジ導波路１０及び台座部７ｂは、活性層５の上方に配置されている。なお、活性層５の上方とは、活性層５と接していなくてもよい。
【００１２】
エッチングされた上層部１９の表面には、酸化シリコン膜１１が形成されている。さらに、酸化シリコン膜１１上には、Ａｕの蒸着により、リッジ導波路１０の上方に位置する電極部１２と、一方の台座部７ｂの上方に位置する端子部１３と、両方の台座部７ｂの上方に位置するＡｕメッキ電極１５と、が形成されている。具体的には、電極部１２は、酸化シリコン膜１１に形成された開口を通じてリッジ導波路１０と電気的に接続されている。端子部１３は、ワイヤボンディングのためのパッドであり、円状に形成されている。電極部１２と端子部１３は、溝の内面に沿って形成された接続部２３を介して電気的に接続されている。Ａｕメッキ電極１５は、端子部１３と絶縁されるよう、端子部１３から離れて配置されている。
【００１３】
Ａｕメッキ電極１５上には、電解メッキ技術により堆積されたＡｕメッキからなる保護部１４が形成されている。保護部１４は、Ａｕメッキ電極１５に通電することによって堆積される。このため、Ａｕメッキ電極１５には、劈開前において隣接する他の半導体レーザ素子のＡｕメッキ電極１５と電気的に接続するための接続部４５が設けられている。保護部１４は、電解メッキ技術により比較的厚めに形成されており、その上端が電極部１２及び端子部１３より上方に位置している。
【００１４】
各保護部１４は、リッジ導波路１０側が開放されたＵ字状に形成されており、リッジ導波路１０を軸として線対称となるように配置されている。Ｕ字状の保護部１４を構成する２つの辺部は、リッジ導波路に近い側から遠い側に延びている。具体的には、これらの辺部は、リッジ導波路に近い側かつ前後方向の外側から、リッジ導波路から遠い側かつ前後方向の中央側に向かって湾曲しながら延びており、前後方向の中央で互いに繋がっている。また、端子部１３は、Ｕ字状の保護部１４の内側に位置している。すなわち、端子部１３の周囲のうち、リッジ導波路１０側を除く範囲が、保護部１４によって囲まれている。保護部１４を構成する２つの辺部は、端子部１３を前後方向に挟むように、端子部１３の前方と後方とにそれぞれ配置されている。
【００１５】
さらに、半導体レーザ素子の前後の劈開面には、図１Ｂに示されるように、多層反射膜１７が形成されている。多層反射膜１７は、アルミナ、アモルファスシリコン及び酸化シリコンを含んでいる。
【００１６】
以上に説明した半導体レーザ素子によると、リッジ導波路１０及び端子部１３が保護部１４によって保護されるため、リッジ導波路１０の結晶欠けや端子部１３の傷や異物を抑制することが可能である。その結果、端子部１３に対するワイヤボンディングの接続不良や、画像認識における認識不良を抑制することが可能である。
【００１７】
また、各々の台座部７ｂの上方に保護部１４が形成されることで、ノズル等で吸着される際に素子全体が水平に保たれやすい。また、素子内に生じる応力が均一化される。各保護部１４は、リッジ導波路１０を軸として線対称となるように配置されることが好ましい。
【００１８】
また、保護部１４がリッジ導波路１０に近い側から遠い側に延びる部分を含むことで、リッジ導波路１０の近辺に生じる応力を、リッジ導波路１０から離れた方へ分散させることが可能である。
【００１９】
また、保護部１４が湾曲しながら延びることで、素子内に生じる応力が保護部１４の一部に集中することが抑制される。また、保護部１４がＡｕ等の金属からなることで、金属の延性により保護部１４自身の欠けが抑制される。
【００２０】
また、保護部１４を構成する２つの辺部が、端子部１３の前方と後方とにそれぞれ位置することで、多層反射膜１７を形成する際に、多層反射膜１７の材料が端子部１３に付着することを抑制することが可能である。すなわち、多層反射膜１７は、半導体レーザ素子の前後の劈開面の全面に形成されるため、縁からはみ出した多層反射膜１７の材料が素子上面に回り込むおそれがある。そこで、保護部１４を上記のように設けることで、多層反射膜１７の材料が端子部１３の表面に付着することを抑制することが可能である。その結果、端子部１３に対するワイヤボンディングの接続不良や、画像認識における認識不良を抑制することが可能である。
【００２１】
以上に説明した半導体レーザ素子に電流注入を行ったところ、しきい値電流１１ｍＡでレーザ発振し、波長１３０１ｎｍに発振スペクトルが観測された。また、半導体レーザ素子単体の基本特性、信頼性、外観検査、画像認識を含めた総合歩留りは、保護部１４を備えていない従来の半導体レーザ素子では７０％であったのに対し、保護部１４を備えた本実施形態の半導体レーザ素子では９６％まで向上した。
【００２２】
図２Ａ〜図２Ｄは、上記第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程を表す図である。
【００２３】
まず、図２Ａに示されるように、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板１上には、周知の有機金属気相成長法により、膜厚２００ｎｍのｎ型ＩｎＰからなるｎ型バッファ層２と、膜厚５００ｎｍのｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層３と、膜厚３０ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＡｓ層４と、膜厚５ｎｍのＩｎＧａＡｌＡｓ井戸層及び膜厚８ｎｍのＩｎＧａＡｌＡｓ障壁層を含む歪多重量子井戸構造の活性層５と、膜厚３０ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＡｓ層６と、膜厚１６００ｎｍのｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層７と、膜厚３０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型ヘテロ障壁低減層８と、膜厚２００ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層９と、がこの順に積層される。
【００２４】
次に、図２Ｂに示されるように、ｐ型クラッド層７、ｐ型ヘテロ障壁低減層８及びｐ型コンタクト層９を含む上層部１９の一部は、周知のフォトリソグラフィ技術（フォトレジスト膜をマスクにしたエッチング技術）により、ｐ型クラッド層７の中途または全部までエッチングされる。これにより、ｐ型クラッド層７には、前後方向に直線状に延びるリッジ導波路１０と、リッジ導波路１０から幅方向に離れた台座部７ｂと、が形成される。リッジ導波路１０の幅は１．５μｍとされる。
【００２５】
次に、図２Ｃに示されるように、エッチングされた上層部１９の表面に、ＣＶＤ法により膜厚３００ｎｍの酸化シリコン膜１１が堆積される。その後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングにより、リッジ導波路１０の上方の酸化シリコン膜１１の一部が除去され、リッジ導波路１０の上面の一部が露出される。
【００２６】
次に、図２Ｄに示されるように、酸化シリコン膜１１の表面に、Ａｕの蒸着によって、リッジ導波路１０に電気的に接続される電極部１２と、ワイヤボンディングのための端子部１３と、電極部１２と端子部１３を繋ぐ接続部２３と、保護部１４を形成するためのＡｕメッキ電極１５と、が形成される。
【００２７】
次に、Ａｕメッキ電極１５上には、電解メッキ技術により、２μｍのＡｕメッキからなる保護部１４が形成される。保護部１４の上端は、電極部１２及び端子部１３よりも高く形成される。保護部１４の具体的な構成は、上述の通りである。また、半導体基板１の下面には研磨が施され、ｎ電極１６が形成される。これにより、上記図１Ａに示された断面構造が完成する。
【００２８】
その後、半導体基板１は、２００μｍの共振器長ごとにバー状に劈開され、劈開された端面に、多層反射膜１７が形成される。また、半導体基板１は、４００μｍの幅ごとに劈開され、チップ化される。これにより、上記図１Ａ及び図１Ｂに示されるようなリッジ型半導体レーザ素子が完成する。
【００２９】
図３は、本実施形態に係る半導体レーザ素子を搭載した光通信用モジュールを表すブロック図である。この光通信用モジュールは、半導体レーザ素子１００、フォトダイオード１０１、サーミスタ１０２及びドライバＩＣ１０３を備えている。ドライバＩＣ１０３は、入力データ１０４に応じて半導体レーザ素子１００を駆動し、これによって、半導体レーザ素子１００は光信号１０５を出力する。この光通信用モジュールの光学的動特性を評価した結果、緩和振動周波数１９ＧＨｚ並びに変調信号周波数１０ＧＨｚにおいて変調時スペクトル線幅２.５ｎｍが得られた。
【００３０】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。上記実施形態と重複する構成については、同番号を付すことで詳細な説明を省略する。本実施形態の半導体レーザ素子では、リッジ導波路１０の上方に配置された電極部１２上に、リッジ導波路１０の放熱を目的とするＡｕメッキ放熱部２０が設けられている。このＡｕメッキ放熱部２０は、電解メッキ技術により堆積されたＡｕメッキからなり、保護部１４の一部と一緒に形成される。具体的には、Ａｕメッキ放熱部２０は、保護部１４の下部１４ａと一緒に形成され、その後、下部１４ａ上のみに再び電解メッキが施されて上部１４ｂが形成される。こうして形成された保護部１４の上端は、Ａｕメッキ放熱部２０より上方に位置している。これにより、Ａｕメッキ放熱部２０は、リッジ導波路１０及び端子部１３と共に保護部１４によって保護される。
【００３１】
［第３実施形態］
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第３実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図及び平面図である。上記実施形態と重複する構成については、同番号を付すことで詳細な説明を省略する。本実施形態の半導体レーザ素子では、ｐ型コンタクト層９上にノンドープＩｎＰからなるスペーサ層としてのリッジ保護層１８が形成されている。このため、リッジ保護層１８は、リッジ導波路１０より上方に位置している。リッジ保護層１８の上方には、端子部１３及びＡｕメッキ電極１５が配置されている。また、リッジ導波路１０の上方に配置された電極部１２上には、Ａｕメッキ放熱部２０が設けられている。このＡｕメッキ放熱部２０は、電解メッキ技術により堆積されたＡｕメッキからなり、保護部１４と一緒に形成される。ここで、Ａｕメッキ電極１５は、リッジ保護層１８の上方に設けられているので、Ａｕメッキ放熱部２０と共に形成される保護部１４の上端は、Ａｕメッキ放熱部２０より上方に位置することになる。これにより、Ａｕメッキ放熱部２０は、リッジ導波路１０及び端子部１３と共に保護部１４によって保護される。
【００３２】
図６Ａ〜図６Ｅは、上記第３実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程を表す図である。まず、図６Ａに示されるように、ｐ型コンタクト層９上には、膜厚７００ｎｍのノンドープＩｎＰからなるリッジ保護層１８が積層される。
【００３３】
次に、図６Ｂに示されるように、フォトリソグラフィ技術によって、リッジ保護層１８がストライプ状にパターニングされ、幅方向の中央部に前後方向に延びる幅２５μｍの開口１８ａが形成される。このとき、開口１８ａの底には、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層９の上面が露出する。
【００３４】
次に、図６Ｃに示されるように、開口１８ａの底の一部がさらにｐ型クラッド層７の中途または全部までエッチングされ、これにより、ｐ型クラッド層７に、前後方向に直線状に延びるリッジ導波路１０と、リッジ導波路１０から幅方向に離れた台座部７ｂと、が形成される。
【００３５】
次に、図６Ｄに示されるように、リッジ保護層１８の表面及び開口１８ａの内面には、ＣＶＤ法により膜厚３００ｎｍの酸化シリコン膜１１が堆積される。その後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングにより、リッジ導波路１０の上方の酸化シリコン膜１１の一部が除去され、リッジ導波路１０の上面の一部が露出される。
【００３６】
次に、図６Ｅに示されるように、酸化シリコン膜１１の表面に、Ａｕの蒸着によって、リッジ導波路１０に電気的に接続される電極部１２と、ワイヤボンディングのための端子部１３と、電極部１２と端子部１３を繋ぐ接続部２３と、保護部１４を形成するためのＡｕメッキ電極１５と、が形成される。
【００３７】
次に、電極部１２とＡｕメッキ電極１５とが露出するようにレジストマスクが形成され、電解メッキ技術により、２μｍのＡｕメッキからなるＡｕメッキ放熱部２０と保護部１４とが一緒に形成される。保護部１４の上端は、Ａｕメッキ放熱部２０及び端子部１３よりも高く形成される。保護部１４の具体的な構成は、上述の通りである。また、半導体基板１の下面には研磨が施され、ｎ電極１６が形成される。これにより、上記図５Ａに示された断面構造が完成する。
【００３８】
その後、半導体基板１は、２００μｍの共振器長ごとにバー状に劈開され、劈開された端面に、多層反射膜１７が形成される。また、半導体基板１は、４００μｍの幅ごとに劈開され、チップ化される。これにより、上記図５Ａ及び図５Ｂに示されるようなリッジ型半導体レーザ素子が完成する。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４０】
１  半導体基板、２  ｎ型バッファ層、３  ｎ型クラッド層、４  ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層、５  活性層、６  ｐ型ＩｎＡｌＡｓ層、７  ｐ型クラッド層、７ｂ  台座部、８  ｐ型ヘテロ障壁低減層、９  ｐ型コンタクト層、１０  リッジ導波路、１１  酸化シリコン膜、１２  電極部、１３  端子部、１４  保護部、１４ａ  下部、１４ｂ  上部、１５  Ａｕメッキ電極、１６  ｎ電極、１７  多層反射膜、１８  リッジ保護層、１８ａ  開口、１９  上層部、２０  Ａｕメッキ放熱部、２３  接続部、４５  接続部、１００  半導体レーザ素子、１０１  フォトダイオード、１０２  サーミスタ、１０３  ドライバＩＣ、１０４  入力データ、１０５  光信号。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
0005511545.tif 000006
【図２Ｄ】
0005511545.tif 000007
【図３】
0005511545.tif 000008
【図４】
0005511545.tif 000009
【図５Ａ】
0005511545.tif 000010
【図５Ｂ】
0005511545.tif 000011
【図６Ａ】
0005511545.tif 000012
【図６Ｂ】
0005511545.tif 000013
【図６Ｃ】
0005511545.tif 000014
【図６Ｄ】
0005511545.tif 000015
【図６Ｅ】
0005511545.tif 000016