(57)【要約】  熱放出効率を高めることができる電極構造を備えたレーザーダイオードとその製造方法を提供する。本発明によるレーザーダイオードは、注入された電流を光に変換させる活性層と、活性層に電流を注入するためのｐ型電極及びｎ型電極を備え、パッケージングの際ヒートシンクが付着されるｐ型電極あるいはｎ型電極に凹凸構造が反復的に形成される。レーザーダイオードの製造方法は、ｐ型電極あるいはｎ型電極を形成する工程が、ｐ型電極あるいはｎ型電極が形成される基板の表面にマスク層を蒸着する段階と、フォトリソグラフィー工程とＢＯＥ食刻工程で前記マスク層の蒸着膜を所定のパターンで除去してマスクを形成する段階と、マスクを通じて露出する部分を食刻して基板の表面に凹凸構造を形成する段階と、マスクを除去する段階及び凹凸構造に対応する屈曲を有する電極が形成されるように凹凸構造上に電極物質を蒸着する段階とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入された電流を光に変換させる活性層と、前記活性層に電流を注入するためのｐ型電極及びｎ型電極を備えたレーザーダイオードにおいて、
パッケージングの際、ヒートシンク（ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ）が付着される前記ｐ型電極あるいはｎ型電極に凹凸構造が反復的に形成されていることを特徴とするレーザーダイオード。
【請求項２】
前記凹凸構造は、横断面が「Ｖ」字状のストライプパターンのグルーブ（Ｇｒｏｏｖｅ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項３】
前記活性層は、メサ（Ｍｅｓａ）構造に形成され、
前記凹凸構造のグルーブが前記メサ構造の長手方向に対して垂直な方向に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のレーザーダイオード。
【請求項４】
注入された電流を光に変換させる活性層と、前記活性層に電流を注入するためのｐ型電極及びｎ型電極を備えたレーザーダイオードの製造方法において、
前記ｐ型電極あるいはｎ型電極を形成する工程は、
前記ｐ型電極あるいはｎ型電極が形成される基板の表面にマスク層を蒸着する第１段階と、
フォトリソグラフィー工程とＢＯＥ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｔｃｈ）食刻工程で前記マスク層の蒸着膜を所定のパターンで除去してマスクを形成する第２段階と、
前記マスクを通じて露出する部分を食刻して基板の表面に凹凸構造を形成する第３段階と、
前記マスクを除去する第４段階と、
前記凹凸構造に対応する屈曲を有した電極が形成されるように、前記凹凸構造上に電極物質を蒸着する第５段階とを含むことを特徴とするレーザーダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記活性層は、メサ構造に形成され、
前記第２段階において、ストライプパターンの窓を有するマスクをメサの長手方向に対して垂直な方向に形成することを特徴とする請求項４に記載のレーザーダイオードの製造方法。
【請求項６】
前記第３段階において、横断面が「Ｖ」字状のストライプパターンのグルーブを含む凹凸構造を形成することを特徴とする請求項５に記載のレーザーダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーダイオード及びその製造方法に関するものであって、特に、ヒートシンク（Ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ）との接触面積を大きくすることができる電極構造を備えたレーザーダイオードとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のレーザーダイオードは、埋め込まれた活性層と平坦な表面を有するＰＢＨ（Ｐｌａｎａｒ  Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）型に製作されることが一般的である。
【０００３】
図１及び図２を参照すれば、通常のレーザーダイオードは、ｎ型基板１１の上部に活性層１２、電流遮断層１３,１４、クラッド層１５、オーミックコンタクト層（Ｏｈｍｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｌａｙｅｒ）１６、絶縁層１７、ｐ型電極１８が積層され、ｎ型基板１１の下面には、ｎ型電極１０が形成され、チップの背面には、反射膜１９が形成された構造を持つ。以下、理解しやすくするために、レーザーダイオードの側面図には、ｐ型電極１８の周りに部分的に形成された絶縁層１７の図示を省略する。
【０００４】
通常、多重量子井戸構造を備える活性層１２は、光導波構造との間にメサ（Ｍｅｓａ）模様に形成される。活性層１２以外の領域に注入電流が漏洩することを遮断する電流遮断層１３,１４は、活性層１２の周りにｐ−ＩｎＰ電流遮断層１３と、ｎ−ＩｎＰ電流遮断層１４が順次成長された形態とで成る。このとき、電流遮断層１４は、寄生静電容量を減少させ得るように「Ｕ」字状に食刻することもできる。
【０００５】
レーザーダイオードは、その他の半導体素子と同様に温度に敏感であるため、パッケージングの際、その一面には所定のサブマウント（Ｓｕｂｍｏｕｎｔ）を媒介にしてヒートシンクが付着される。従って、レーザーダイオードの動作の際発生する熱は、サブマウントを経てヒートシンクに伝達され、パッケージングフレームの外部に放出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザーダイオードで発生する熱に対する熱伝達効率を高めるためには、レーザーダイオードとヒートシンクとの間の接触面積を大きくし、熱伝導度に優れた材質でヒートシンクを構成しなければならない。そのため、ヒートシンクは、金属材質から構成される場合、熱膨張係数が大きすぎて、ストレスによる物理的な問題が発生するので、熱膨張係数が半導体に近いセラミックスなどを用いなければならない等、材料の選択に制約が多いという問題がある。
【０００７】
特に、レーザーダイオードチップにおいて、熱放出度の最も高い部分が電極部分であることを勘案すれば、熱伝達効率を高めるためには、電極とヒートシンクとの間の接触面積を大きくすることが重要である。しかし、従来のレーザーダイオードは、ｐ型電極１８とｎ型電極１０とが、単に平らな金属プレート構造に形成されるので、接触面積を大きくするには限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記のような点を考慮して創案されたものであって、ヒートシンクとの接触面積が大きくなるよう立体的な表面構造を持った電極を備えたレーザーダイオードと、その製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
また、本発明は、放熱作用とともにチップバーブレイキング（Ｃｈｉｐ  ｂａｒ  ｂｒｅａｋｉｎｇ）工程の便宜を図ることができる電極構造を備えたレーザーダイオードと、その製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
上記のような目的を達成するため、本発明によるレーザーダイオードは、注入された電流を光に変換させる活性層と、前記活性層に電流を注入するためのｐ型電極及びｎ型電極を備え、パッケージングの際ヒートシンクが付着される前記ｐ型電極あるいはｎ型電極に凹凸構造が反復的に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
前記凹凸構造は、横断面が「Ｖ」字状のストライプ（Ｓｔｒｉｐｅ）パターンのグルーブ（Ｇｒｏｏｖｅ）を含むように形成されることが望ましい。
【００１２】
前記活性層は、メサ構造に形成され、前記凹凸構造のグルーブは、チップバーブレイキング工程の便宜のため、前記メサの長手方向に対して垂直な方向に形成されることが望ましい。
【００１３】
本発明は、注入された電流を光に変換させる活性層と、前記活性層に電流を注入するためのｐ型電極及びｎ型電極を備えたレーザーダイオードの製造方法において、前記ｐ型電極あるいはｎ型電極を形成する工程が、前記ｐ型電極あるいはｎ型電極が形成される基板の表面にマスク層を蒸着する第１段階と、フォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程とＢＯＥ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｔｃｈ）食刻工程で前記マスク層の蒸着膜を所定のパターンで除去してマスクを形成する第２段階と、前記マスクを通じて露出する部分を食刻して基板の表面に凹凸構造を形成する第３段階と、前記マスクを除去する第４段階と、前記凹凸構造に対応する屈曲を有する電極が形成されるように前記凹凸構造上に電極物質を蒸着する第５段階とを含むことを特徴とするレーザーダイオードの製造方法が提供される。
【００１４】
前記活性層はメサ構造に形成され、前記第２段階はストライプパターンの窓を有するマスクをメサの長手方向に対して垂直な方向に形成することが望ましい。
【００１５】
前記第３段階は、横断面が「Ｖ」字状のストライプパターンのグルーブが形成されるように行われることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、凹凸構造によりレーザーダイオードの電極とヒートシンクとの間の接触面積が広くなることで熱放出特性が向上されるので、レーザーダイオードをより安定して動作させることができる。
【００１７】
また、レーザーダイオードの製造工程において、チップバーブレイキング工程の際には簡便に凹凸構造のグルーブ部分を切断すれば良いので、作業性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例は本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを明記しておく。
【００１９】
図３は、本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードの構成を示す斜視図であり、図４は、図３の側面図である。図３及び図４を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードは、ｎ型基板１０１の上部に、活性層１０２、電流遮断層１０３,１０４、クラッド層１０５、オーミックコンタクト層１０６、絶縁層１０７及びｐ型電極１０８が積層され、ｎ型基板１０１の下面には、凹凸構造を持ったｎ型電極１００が備えられ、チップの背面には反射膜１０９が形成された構造を持つ。
【００２０】
活性層１０２は、ｐ型電極１０８及びｎ型電極１００を通じて注入される電流を光に変換させる部分であって、例えば、１〜１．５μｍ程度の幅を有するメサ模様の多重量子井戸構造から成る。ここで、活性層１０２は、埋め込みヘテロ構造（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有し、リッジ（Ｒｉｄｇｅ）型光導波構造との間に介在されることが望ましい。
【００２１】
また、活性層１０２は、単一モードあるいは多重モードのスペクトルを有する一方、可視光から赤外線に至る波長領域において特定の波長の光が放出できる構造を持つ。特に、ｎ型基板１０１の下面に備えるｎ型電極１００は、凹凸構造が反復的に形成された構造を持つ。ここで、ｐ型電極１０８に凹凸構造が形成されるように本発明が変形され得ることは言うまでもない。また、図面にはたとえｎ型電極１００の両面に屈曲が存在するように凹凸構造が形成されたものが例示されているが、ｎ型電極１００の露出表面にのみ屈曲が存在するように凹凸構造が形成され得ることは言うまでもない。
【００２２】
望ましくは、凹凸構造は、横断面が「Ｖ」字状のストライプパターンのグルーブ１１０を含むように形成される。このとき、グルーブ１１０が活性層１０２のメサの長手方向に対して垂直な方向に延長されるように凹凸構造を形成すれば、チップバーブレイキング工程の際、グルーブ１１０部分（図５の切断指示線１５０を参照）を切断することで、より容易にブレイキング工程を行うことができる。
【００２３】
図６には、本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードのパッケージング構成が示されている。図面に示したように、パッケージングの際、本発明のレーザーダイオード２００のｎ型電極の表面には、例えば、金属ボンディング（Ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｂｏｎｄｉｎｇ）に相当する接着部材２０１を媒介にしてヒートシンク２０２が付着される。接着部材２０１の代案として、所定のサブマウントを媒介にして、ヒートシンク２０２が間接的に付着されることも可能である。
【００２４】
レーザーダイオード２００で発生する熱は、接着部材２０１に伝達されヒートシンク２０２の方向に放出される。このとき、レーザーダイオード２００のｎ型電極の表面には反復的に凹凸構造が形成されるので、より広い接触面を経由して熱が放出され得る。
【００２５】
図７ないし図１１には、本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードの製造工程において、ｎ型電極１００を形成する工程が順次示されている。ここで、レーザーダイオードを製造するためのその他の工程は、通常のレーザーダイオードの製造技術に従って行うことができる。
【００２６】
まず、ウエハーの上部表面に対するｐ型電極１０８形成工程が完了した後には、前述したｎ型基板１０１の表面に相当するウエハーの下部面を研磨した後マスク層９０を蒸着する工程（第１段階）が行われる（図７を参照）。マスク層９０は、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜からなるが、後述するｎ型基板１０１の食刻マスクになり得る物質であれば、何れでもよい。
【００２７】
蒸着工程の後には、フォトリソグラフィー工程とＢＯＥ食刻工程でマスク層９０を所定のパターンで除去してマスク９１を形成する過程（第２段階）が行われる（図８を参照）。マスク９１は、活性層１０２のメサの長手方向が通常ウエハーの＜１，−１，０＞方向であることを勘案すれば、その垂直方向である＜１，１，０＞方向に延長されたストライプ形状の窓９２が反復的に形成された構造を持つことが望ましい。
【００２８】
マスク９１を形成した後には、塩酸系溶液を用いてマスク９１の窓９２を通じて露出するｎ型基板１０１の表面を食刻して、基板の表面に横断面が「Ｖ」字状のグルーブ１１０を形成する過程（第３段階）が行われる（図９を参照）。
【００２９】
次いで、ＢＯＥ食刻工程を用いてマスク９１を除去すれば（第４段階）、図１０に示したように、ｎ型基板１０１の表面に凹凸構造が反復されたパターンが得られる。
【００３０】
最後に、図１１に示したように、凹凸構造に対応する屈曲を維持するように凹凸構造上に電極物質を蒸着すれば（第５段階）、ｎ型基板１０１の表面に凹凸構造を持ったｎ型電極１００が形成される。
【００３１】
以上のように、ｎ型電極１００の形成工程が完了した後には、凹凸構造のグルーブ１１０部分に沿ってチップバーブレイキング工程が行われ、チップバーの断面に対する所定の光学コーティング工程が行われる。
【００３２】
続いて、分割されたレーザーダイオードチップを通常のＴＯＣＡＮ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  ＣＡＮ）などを用いてヒートシンクとパッケージングする工程が行われる。このとき、ヒートシンクは、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのように、半導体材料と熱膨張係数が近いながらも熱伝導特性に優れた材料から構成されることが望ましく、ヒートシンクとレーザーダイオードチップとの間の接着は、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）との合金を用いる共晶接着（ｅｕｔｅｃｔｉｃ  ｂｏｎｄｉｎｇ）により行われることが望ましい。
【００３３】
以上のように、本発明を一実施例と図面とによって説明したが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によると、凹凸構造によりレーザーダイオードの電極とヒートシンクとの間の接触面積が広くなることで熱放出特性が向上されるので、レーザーダイオードをより安定して動作させることができる。また、レーザーダイオードの製造工程において、チップバーブレイキング工程の際には簡便に凹凸構造のグルーブ部分を切断すれば良いので、作業性を向上させることができる。
【００３５】
また、レーザーダイオードの製造工程において、チップバーブレイキング工程の際には簡便に凹凸構造のグルーブ部分を切断すれば良いので、作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のレーザーダイオードの構成を示す斜視図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードの構成を示す斜視図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードの製造工程において行われるチップバーブレイキング工程を示す側面図である。
【図６】本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードのパッケージング構成図である。
【図７】本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードの製造工程を示す側面図である。
【図８】本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードの製造工程を示す側面図である。
【図９】本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードの製造工程を示す側面図である。
【図１０】本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードの製造工程を示す側面図である。
【図１１】本発明の望ましい実施例によるレーザーダイオードの製造工程を示す側面図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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