(57)【要約】【課題】  リッジ状導波路などの半導体レーザ表面を皮膜する絶縁膜において、リッジ状導波路内で発した熱を外部に効率良く放出し、素子の基本特性および信頼性を保証できる上限温度を引き上げ、高温状態下における安定動作を可能とする半導体レーザとその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体レーザにおいて、表面およびリッジ状導波路の側面を皮膜する絶縁膜１０３をＡｌを含む放熱性に優れた絶縁膜とし、加えて、この絶縁膜１０３をリッジ状導波路に対して垂直または平行または格子状に凹凸のある表面形状とする。リッジ状の導波路を形成した後に、Ｓｉと比較して熱伝導率が高いＡｌを主材料とした絶縁膜で半導体レーザ表面を皮膜する。加えて、形成したＡｌを主材料とした絶縁膜の表面を加工することで、溝形状や格子形状として表面積を増やし、さらに放熱性を向上させる。【選択図】  図１
2006173265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リッジ状の導波路構造を備えた半導体レーザであって、
前記半導体レーザの表面および前記リッジ状の導波路の側面を皮膜する絶縁膜を有し、
前記絶縁膜は、Ａｌを含む絶縁膜であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザにおいて、
前記絶縁膜は、前記リッジ状の導波路に対して垂直または平行または格子状に凹凸のある形状であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
リッジ状の導波路構造を備えた半導体レーザの製造方法であって、
前記半導体レーザの表面および前記リッジ状の導波路の側面を、Ａｌを含む絶縁膜により皮膜することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体レーザの製造方法において、
前記絶縁膜を、ＣＶＤ法またはスパッタ法または蒸着法により形成することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体レーザの製造方法において、
前記絶縁膜の表面に、ホトリソグラフィ法により、前記リッジ状の導波路に対して垂直または平行または格子状に凹凸を形成することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザの製造技術に関し、特に、放熱性に優れた光通信用半導体レーザとその製造方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは高速な情報交換を可能とするデバイスであり、加えて、低価格化と長寿命が共に要求される光通信用光源である。半導体レーザは低電流動作を可能にすることと、レーザ光の横モード抑制を目的に、リッジ状の導波路構造を形成する必要がある。リッジ状の導波路構造の素子は、リッジ状の導波路を形成後、その両脇を電気伝導率の異なる半導体で埋め込み形成する方法がある。しかし、本構造の場合、結晶成長を二度実施するため製造コストが高くなる。そこで、リッジ状の導波路を半導体で埋め込まず、材料費、工程数低減により製造コスト削減を可能とする構造がある。その構造の場合、動作電流を減少させる目的で形成される絶縁膜は、リッジ状導波路などの半導体レーザ表面を皮膜し、その上に電極が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、半導体レーザの要求仕様の一つに高温状態下における安定動作があり、レーザ発振により発生する素子内部、特にリッジ状導波路内の熱を効率良く外部に放出する構造が必要とされている。半導体レーザ素子表面に形成される絶縁膜がＳｉなどの熱伝導率の低い材料で形成される場合、リッジ状導波路内で発した熱が外部へ放出されにくく、素子の基本特性、および信頼性を保証できる上限温度が制限されるといった問題を抱えていた。
【０００４】
そこで、本発明は、前記課題を解決し、その目的は、リッジ状導波路などの半導体レーザ表面を皮膜する絶縁膜において、リッジ状導波路内で発した熱を外部に効率良く放出し、素子の基本特性および信頼性を保証できる上限温度を引き上げ、高温状態下における安定動作を可能とする半導体レーザとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において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、次のとおりである。
【０００６】
本発明は、前記目的を達成するため、表面およびリッジ状導波路の側面を皮膜する絶縁膜をＡｌを含む放熱性に優れた絶縁膜とし、加えて、この絶縁膜をリッジ状導波路に対して垂直または平行または格子状に凹凸のある表面形状の半導体レーザとするものである。
【０００７】
この半導体レーザの製造方法においては、リッジ状の導波路を形成した後に、Ｓｉと比較して熱伝導率が高いＡｌを主材料とした絶縁膜で半導体レーザ表面を皮膜する。加えて、形成したＡｌを主材料とした絶縁膜の表面を加工することで、溝形状や格子形状として表面積を増やし、さらに放熱性を向上させる。また、Ａｌを主材料とした絶縁膜の形成には、簡易的に形成可能なＣＶＤ法、または真空状態で不純物が介在せず、リッジ状導波路の表面と側面への皮膜性が良い蒸着法を用いる。もしくは、密着性が良く、密度の高い良質な絶縁膜が形成可能なスパッタ法を用いる。
【発明の効果】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【０００９】
本発明によれば、放熱性の高いＡｌを主材料とした絶縁膜で、リッジ状導波路などの半導体レーザ表面を皮膜することで、リッジ状導波路内で発した熱を外部に効率良く放出し、素子の基本特性および信頼性を保証できる上限温度を引き上げ、高温状態下における安定動作を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１であるリッジ状導波路型半導体レーザの素子構造を示す。
【００１２】
本実施の形態であるリッジ状導波路型半導体レーザは、半導体基板１０１、レーザ多層構造１０２、絶縁膜１０３、表面電極１０４、裏面電極１０５から構成され、その製造方法は以下の手順で行われる。
【００１３】
まず、下地となる半導体基板１０１上に有機金属気層成長法を用いて、レーザ多層構造１０２を結晶成長させる。その後、熱ＣＶＤ法、およびホトリソグラフィ法、エッチングを行いリッジ状導波路を形成する。次に、動作電流を減少させる目的でＡｌを主材料とした絶縁膜１０３をリッジ状導波路などの半導体レーザ表面を皮膜し、その上に電子ビーム蒸着法などで表面電極１０４を形成する。同様に、半導体レーザ裏面にも裏面電極１０５を形成する。
【００１４】
本実施の形態では、絶縁膜１０３の主材料を従来のＳｉに代わりＡｌとしている。ＡｌはＳｉと比較し、５〜１０倍程度の熱伝導性を示すため、半導体レーザのリッジ状導波路内で発生した熱を外部、または絶縁膜１０３上に形成した表面電極１０４へ放出しやすくする。Ａｌを主材料とした絶縁膜１０３は、主に酸化膜であるが、絶縁膜として物性上仕様を満足すれば窒化膜でも問題ない。
【００１５】
また、それら絶縁膜１０３の形成方法としては、たとえば一例として、トリイソチルＡｌなどの反応性ガスを用いたＣＶＤ法があり、常圧中で皮膜性の高い絶縁膜を簡易的に形成することが可能である。リッジ状導波路構造を有する半導体レーザ基板（すなわちレーザ多層構造１０２の形成後の半導体基板１０１）を高温のステージ上に配置し、その表面に絶縁膜１０３を形成する。その際、リッジ状導波路構造を有する半導体レーザ基板を配置したステージを回転させると、リッジ状導波路側面への皮膜性はより向上する。
【００１６】
その他、絶縁膜１０３の形成方法としては、スパッタ法を用いる。スパッタ法は、不純物となる反応性ガスを必要とせず、真空中で密着性の高い良質な絶縁膜を得ることが可能である。また、低損傷型であるＥＣＲスパッタ法を用いることで、スパッタ法による成膜中の半導体レーザへのダメージを低減させることが可能で、加えて、結晶状態に近い緻密な絶縁膜を得ることが可能である。また、皮膜性の低いリッジ状導波路側面への絶縁膜形成には、スパッタ原料に対し、たとえば一例として、３０〜６０°程度に斜度を形成したステージを用い、リッジ状導波路両側面より交互に形成することで表面、側面共に均一な厚さである絶縁膜を得ることが可能となる。
【００１７】
また、真空状態でリッジ状導波路側面への皮膜性の高い絶縁膜を得る方法としては、たとえば一例として、３０〜６０°程度に斜度を形成したステージを用いた電子ビーム蒸着法を用いても問題ない。
【００１８】
よって、本実施の形態によれば、Ａｌを主材料とした絶縁膜１０３をリッジ状導波路構造を有する半導体レーザに適用することで、素子の基本特性および信頼性を保証できる上限温度を引き上げることが可能となる。本発明者による実用例では、上限温度を１５℃以上引き上げることが可能となった。
【００１９】
（実施の形態２）
図２に、本発明の実施の形態２であるリッジ状導波路型半導体レーザの素子構造を示す。
【００２０】
本実施の形態であるリッジ状導波路型半導体レーザは、前記実施の形態１で示したＡｌを主材料とした絶縁膜１０３を形成した後、ホトリソグラフィ法、エッチングを行いリッジ状の導波路に対し垂直、または平行、格子状に凹凸のある表面形状として、凹凸加工を施した凹凸形状の絶縁膜１０６とする。これにより、表面積を増やし放熱性をより向上させることが可能となる。
【００２１】
以上、前記実施の形態１および２による本発明では、レーザ発振により発生する半導体レーザ素子内部の熱を外部に効率良く放出することで、更なる高温状態下における安定動作が可能となる。
【００２２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、放熱性に優れた光通信用半導体レーザとその製造方法に適用して有効である。特に、素子の基本特性および信頼性を保証できる上限温度を大幅に引き上げることが可能となり、今後の半導体レーザには必要不可欠な基本技術として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１であるリッジ状導波路型半導体レーザの素子構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２であるリッジ状導波路型半導体レーザの素子構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０１…半導体基板、１０２…レーザ多層構造、１０３…絶縁膜、１０４…表面電極、１０５…裏面電極、１０６…凹凸形状の絶縁膜。
【図１】
2006173265.tif 000003
【図２】
2006173265.tif 000004