(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する半導体レーザ部と、前記半導体レーザ部の出力側に配置され、前記光を変調する光変調部とからなる素子本体を、同一基板上に備え、前記光変調部は、前記光が導波する光導波層と、前記光導波層に隣接して設けられ、低誘電率の有機材料からなる断面視矩形形状の埋め込み層と、前記埋め込み層の幅方向外側に設けられる半導体層と、前記埋め込み層及び前記半導体層の表面に設けられた第一の絶縁膜と、前記第一の絶縁膜の上に設けられ、前記光導波層へ電気信号を給電する電極とを具備する半導体レーザであって、
前記第一の絶縁膜における前記埋め込み層の幅方向端部に対応する部分を覆うように、前記第一の絶縁膜の上面および前記電極の上面に第二の絶縁膜を設けた
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
前記第二の絶縁膜は、前記電極の縁部を除く部分に対向する箇所に窓部を備える
ことを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザに関し、より詳細には、高速変調機能付き半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザには高速変調機能付き半導体レーザがある。高速変調機能付き半導体レーザにおいて、１０Ｇｂｉｔ／ｓやそれ以上の２５Ｇｂｉｔ／ｓ、４０Ｇｂｉｔ／ｓといった高速変調のため、電極パッド（上部電極）下に低誘電率の有機材料を挿入して、電気容量を低減する構造をとる場合がある。この場合、半導体上、もしくは半導体上に付着させたＳｉＯ2やＳｉＮx等の絶縁膜上に電極を形成する場合に比べ、電気の周波数特性を飛躍的に向上させることができる。
【０００３】
従来例による半導体レーザについて図４および図５を参照して説明する。従来例の半導体レーザは、図４および図５に示すように、高速変調機能付き半導体レーザであって、半導体レーザ部１１０ａと光変調部１１０ｂとからなる素子本体１１０を、同一基板１１１上に備える。
【０００４】
半導体レーザ部１１０ａは、注入電流により光を出力する基本構成と、前記基本構成の上部に設けられた上部電極１１５とを具備する。前記基本構成の周囲には、埋め込み層１１２，１１３が埋め込まれている。なお、前記基本構成は、例えば、活性層、前記活性層の上下に配置される上部および下部クラッド層などで構成される。
【０００５】
光変調部１１０ｂは、電気信号の給電により入力された光を変調する部位であって、光が導波する光導波部１１８と、光導波部１１８に隣接して設けられる埋め込み層１１２，１１３と、光導波部１１８に電気信号を給電する上部電極１１６とを備える。埋め込み層１１２，１１３の幅方向外側には、半導体層１１９，１２０が設けられる。光導波部１１８は、例えば、活性層、前記活性層の上下に配置される上部および下部クラッド層、上部クラッド層の上に配置されるコンタクト層などで構成される。なお、埋め込み層１１２，１１３の表面、半導体層１１９，１２０の上面には、絶縁膜１１４が形成される。上部電極１１６は、ワイヤボンディングが可能なパッド部分１１６ａを備える。
【０００６】
埋め込み層１１２，１１３は、例えば、ポリイミドやベンゾシクロブテン（ＢＣＢ：Benzocyclobutene）などの低誘電率の有機材料で構成される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Jean-Rene Burie et al.,”10 Gb/s 100km Transmission up to 80 C over Single Mode Fiber at 1.55 μｍ with an Integrated Electro-absorption Modulator Laser”, 2007年OFC
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、通常、半導体レーザの製造工程では、劈開を用いて原子オーダで平坦な面を作り出している。ところが、使用する基板の厚さは、２インチＩｎＰで４５０μｍ、３インチＩｎＰで６５０μｍと非常に厚く、前記基板を劈開ができない。そこで、ウエハの裏面を研磨することで１００μｍ〜１５０μｍの厚さに仕上げている。このとき、ワックスにより研磨冶具にウエハを貼り付け、研磨後に加熱したアセトンやエタノールなどの有機溶剤を用いて、ワックスを除去している。他方、低誘電率の有機材料（埋め込み層）と、上部電極、もしくは絶縁膜との密着性が低くなっている。そのため、前記有機溶剤が電極と低誘電率の有機材料との間、もしくは絶縁膜と低誘電率の有機材料との間に染み込んでしまうことによって一度でも両者が引き剥がされてしまうと、染み込んだ有機溶剤が乾燥しても少量の有機溶剤が残留したり、その場所に空気の層が薄く介在したりするようになり、前記密着性を大幅に低下させることがある。
【０００９】
上述した半導体レーザでは、絶縁膜１１４は矩形形状の埋め込み層１１２，１１３に対して付着しているため、図５に示すように、埋め込み層１１２，１１３の矩形部（角の部分）付近に小さなクラック１２１，１２２，１２３が生じることがある。前記クラック１２１，１２２，１２３を通じて内部に前記有機溶剤が染み込むと、前述した通り、前記密着性を大幅に低下させることがある。これにより、上記の半導体レーザにおいては、素子や電極に力が加わった場合の破壊強度が低下し、ワイヤボンディング時に電極が剥がれたり、ワイヤプル試験強度が著しく低下したりすることがある。そのため、製造歩留まりが悪いという課題があった。
【００１０】
以上のことから、本発明は上述したような課題を解決するために為されたものであって、電極下に低誘電率の有機材料が挿入された構造であるにも関わらず、外力に対する破壊強度の低下を抑制して製造歩留まりを高めることができる半導体レーザを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した課題を解決する本発明に係る半導体レーザは、光を出力する半導体レーザ部と、前記半導体レーザ部の出力側に配置され、前記光を変調する光変調部とからなる素子本体を、同一基板上に備え、前記光変調部は、前記光が導波する光導波層と、前記光導波層に隣接して設けられ、低誘電率の有機材料からなる断面視矩形形状の埋め込み層と、前記埋め込み層の幅方向外側に設けられる半導体層と、前記埋め込み層及び前記半導体層の表面に設けられた第一の絶縁膜と、前記第一の絶縁膜の上に設けられ、前記光導波層へ電気信号を給電する電極とを具備する半導体レーザであって、前記第一の絶縁膜における前記埋め込み層の幅方向端部に対応する部分を覆うように、前記第一の絶縁膜の上面および前記電極の上面に第二の絶縁膜を設けたことを特徴とする。
【００１２】
前述した課題を解決する本発明に係る半導体レーザは、上述した半導体レーザにおいて、前記第二の絶縁膜が、前記電極の縁部を除く部分に対向する箇所に窓部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体レーザによれば、素子の上面が第二の絶縁膜で覆われることになり、当該埋め込み層の上面が大気に対して露出しない状態となる。そのため、製造工程で用いる有機溶剤が電極と埋め込み層との間に染み込まず、電極と高速電気信号給電の為のワイヤの付着が堅牢な状態を保持できる。つまり、電極下に低誘電率の有機材料が挿入された構造であるにも関わらず、外力に対する破壊強度の低下を抑制して製造歩留まりを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体レーザの平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’断面を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る半導体レーザの製造プロセスを説明するための図であって、図３（ａ）に電極形成時の状態を示し、図３（ｂ）に第二の絶縁膜形成時の状態を示し、図３（ｃ）に窓部形成時の状態を示す。
【図４】従来例による半導体レーザの平面図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ’断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る半導体レーザを実施するための形態について、実施例にて具体的に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例に係る半導体レーザについて、図１〜図３を参照して具体的に説明する。なお、図１では、第一の絶縁膜の図示を省略している。
【００１７】
本実施例に係る半導体レーザは、図１に示すように、高速変調機能付き半導体レーザであって、注入電流により光を出力する半導体レーザ部１０ａと、半導体レーザ部１０ａの光出力側に接続して設けられ、電気信号の給電により入力された光を変調する光変調部１０ｂとからなる素子本体１０を、同一基板１１上に備える。
【００１８】
光変調部１０ｂは、従来の光変調器と同様の基本構成を備える。つまり、光変調部１０ｂは、図１および図２に示すように、光を導波する光導波部１８を備える。光導波部１８は、例えば、活性層（図示省略）、前記活性層の上下に配置される上部および下部クラッド層（図示省略）、前記上部クラッド層の上に配置されるコンタクト層（図示省略）などを備える。これら層に隣接して埋め込み層１２，１３が設けられる。埋め込み層１２，１３は、例えば、ポリイミドやベンゾシクロブテン（ＢＣＢ：Benzocyclobutene）などの低誘電率の有機材料で構成される。埋め込み層１２，１３の幅方向外側は、半導体層１９，２０で構成される。埋め込み層１２，１３の表面および半導体層１９，２０の上面は、例えばＳｉＯ2やＳｉＮxなどからなる第一の絶縁膜１４で覆われる。ただし、光導波部１８の上面は、第一の絶縁膜で覆われずに、後述する上部電極１６と接触する。第一の絶縁膜１４の上面における埋め込み層１２，１３の上方には、光変調部１０ｂへ電気信号を給電する上部電極（Ａｕ電極）１６が設けられる。上部電極１６は、ワイヤボンディングが可能なパッド部分１６ａを備える。つまり、光変調部１０ｂは、活性層へ電気信号を給電することにより、光を変調する構成を備える。
【００１９】
半導体レーザ部１０ａは、従来の半導体レーザ部と同様の基本構成を備える。すなわち、半導体レーザ部１０ａは、光を出力する光出力部（図示省略）を備える。前記光出力部は、例えば、活性層（図示省略）、前記活性層の上下に配置される上部および下部クラッド層（図示省略）などを備える。これらの層に隣接して、光変調部１０ｂと同様、埋め込み層１２，１３が設けられ、埋め込み層１２，１３の幅方向外側が半導体層で構成される。埋め込み層１２，１３の表面および前記半導体層の上面は、光変調部１０ｂと同様、第一の絶縁膜（図示省略）で覆われる。ただし、前記光出力部の上面は、第一の絶縁膜で覆われずに、後述する上部電極１５と接触する。前記第一の絶縁膜の上面における埋め込み層１２，１３の上方には、前記光出力部の前記活性層へ電気を注入する上部電極１５が設けられる。つまり、半導体レーザ部１０ａは、活性層へ電気を注入することにより、光を出力する構成を備える。
【００２０】
なお、半導体レーザ部１０ａおよび光変調部１０ｂは、例えば、ＩｎＰ，ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｌＡｓ，およびその混晶などで構成される。
【００２１】
上述した構成の半導体レーザの素子本体１０の表面、すなわち、第一の絶縁膜１４の上面、および上部電極１５，１６の上面には、例えばＳｉＯ2やＳｉＮxなどからなる第二の絶縁膜１７が設けられる。これにより、第一の絶縁膜１４の上面および上部電極１５，１６の上面が第二の絶縁膜１７で覆われる。よって、第一の絶縁膜１４における埋め込み層１２，１３の幅方向端部近傍にクラック（マイクロクラック）２１，２２，２３が生じても、埋め込み層１２，１３が大気に対して露出しない状態となる。そのため、製造工程、すなわち、ウエハを劈開する前の前処理工程にて用いた有機溶剤の内部への染み込みを防止できる。ただし、第二の絶縁膜１７において、半導体レーザ部１０ａの上部電極１５の中央部分に対向する箇所に窓部１７ａが設けられると共に、光変調部１０ｂの上部電極１６の縁部を除いた部分、すなわち、パッド部分１６ａに対向する箇所に窓部１７ｂが設けられる。これにより、半導体レーザ部１０ａに電気を注入することができると共に、光変調部１０ｂに電気信号を給電することができる。上部電極１６と高速電気信号給電の為のワイヤの付着が堅牢な状態を保持できる。
【００２２】
ここで、上述した構成の半導体レーザにおける光変調部１０ｂの製造工程について、図３を参照して説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、表面の所定箇所に上部電極１６を形成する。これにより、第一の絶縁膜１４における埋め込み層１３の幅方向端部近傍に生じたクラック２２が上部電極１６で覆われることになる。
【００２３】
続いて、図３（ｂ）に示すように、素子本体の表面、すなわち、第一の絶縁膜１４の上面および上部電極１６の上面に第二の絶縁膜１７を設ける。これにより、第一の絶縁膜１４における埋め込み層１２，１３の幅方向端部近傍に生じたクラック２１，２３が第二の絶縁膜１７で覆われることになる。続いて、図３（ｃ）に示すように、上部電極１６のパッド部分に対向する箇所の第二の絶縁膜を除去して、窓部１７ｂを作製する。これにより、光変調部１０の上部電極１６に、ワイヤボンディングが可能な領域を確保できる。
【００２４】
以上説明したように、第一の絶縁膜１４における埋め込み層１２，１３の幅方向端部近傍にクラック２１，２２，２３が生じていても、これらクラック２１，２２，２３が第二の絶縁膜１７および上部電極１６で覆われるため、埋め込み層１２，１３が大気に対して露出しない状態となる。そのため、上述した製造工程を経た素子では、裏面研磨後のワックスを有機溶剤（例えば、アセトンやエタノールなど）で洗浄する工程において、前記有機溶剤が内部に浸入せず、高い付着強度を持つ上部電極１６を備えた半導体レーザが得られる。この素子に対しワイヤプル試験を実施したところ、その強度は６ｇ以上であり、ネックブレークモードで破壊し、上部電極１６が素子から剥がれることは無いことが確認された。
【００２５】
一方、上述した、図４および図５に示す従来例による半導体レーザである従来型の素子では、ワイヤプル試験を実施したところ、パッド部分が剥がれてしまうことがあることが確認された。
【００２６】
したがって、本実施例に係る半導体レーザによれば、素子の上面を覆う第二の絶縁膜１７を備えることで、上部電極１６の下に低誘電率の有機材料からなる埋め込み層１２，１３が挿入された構造であるにも関わらず、第二の絶縁膜１７がクラックの生じやすい第一の絶縁膜１４における埋め込み層１２，１３の幅方向端部近傍を覆うことになり、ウエハを劈開する前の工程で用いた有機溶剤が内部に浸入することを防止することができ、外力による破壊強度の低下を抑制して、製造歩留まりを高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係る半導体レーザは、電極下に低誘電率の有機材料が挿入された構造であるにも関わらず、外力に対する破壊強度の低下を抑制して製造歩留まりを高めることができるため、通信産業等を始めとする各種産業において、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０            素子本体
１０ａ          半導体レーザ部
１０ｂ          光変調部
１１            半導体基板
１２，１３      埋め込み層
１４            第一の絶縁膜
１５            上部電極（半導体レーザ部用の電極）
１６            上部電極（光変調部用の電極）
１７            第二の絶縁膜
１８            光導波部
１９，２０      半導体層
２１〜２３      クラック
１１０          素子本体
１１０ａ        半導体レーザ部
１１０ｂ        光変調部
１１１          半導体基板
１１２，１１３  埋め込み層
１１４          絶縁膜
１１５          上部電極（半導体レーザ部用の電極）
１１６          上部電極（光変調部用の電極）
１１８          光導波部
１１９，１２０  半導体層
１２１〜１２３  クラック
【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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