(57)【要約】【課題】  半導体レーザ素子を実装する際に、素子にクラックを生じさせたり破壊させたりすることなく、優れた特性および信頼性を有する半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】  トレンチ溝１０を有する埋込型半導体レーザ素子３０の表面に、コレットによる真空吸着保持のための樹脂パッド２５を有する。樹脂パッド２５は、トレンチ溝１０以外の領域に形成され、また、樹脂パッドの厚みは、半導体レーザ素子の表面に形成された電極１５および電極パッド１７よりも厚く形成される。【選択図】  図１
2008041850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された活性層と、
前記活性層を含むストライプ状メサ部と、
前記ストライプ状メサ部の周囲を半導体で埋め込む埋込層と、
前記活性層上に形成された第２導電型のコンタクト層および電極とを有し、
前記埋込層にトレンチ溝が形成されている埋込型半導体レーザ素子であって、
前記電極の厚みよりも厚い樹脂パッドを有することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記樹脂パッドは、前記電極および前記トレンチ溝以外の領域に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記樹脂パッドが、前記ストライプ状メサ部に対してほぼ対称に２個以上配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２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】
この発明は、半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、光半導体素子の実装方法として、光半導体素子をコレット（保持部材）の端面に真空吸引し、台の所定位置まで搬送しボンデイングする方法が開示されている。
近年、光ファイバ通信の高速大容量化に伴って、信号用光源として用いられる半導体レーザの高速化が図られている。例えば、光通信用半導体レーザは、図３に示すように、ストライプ状に加工された活性層を含むメサ構造の周囲に電流狭窄のための半導体埋込層を有し、更にこの半導体埋込層に起因する静電容量を低減するために、メサ構造の両側にトレンチ溝を有する。このように、半導体レーザの表面に凹凸が存在する場合、引用文献１の記載の方法を用いて半導体レーザ素子を搬送すると、搬送の際に半導体レーザ素子の変形や破損等の不都合が生じる問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２１８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザチップをパッケージやサブマウントに実装する際、半導体レーザチップは、コレットに真空吸引により保持され、搬送される。このとき半導体レーザチップをコレットに接触させ真空吸着する際に、半導体レーザチップを確実に保持するためにコレットに所定の荷重をかける必要がある。このとき半導体レーザチップの表面の凹凸により、半導体レーザチップの表面とコレットの接触面とが一様に接触せず、半導体レーザチップに大きな応力が加わり、クラックが生じる恐れがある。このクラックは、半導体レーザの活性層にも到達する可能性があり、半導体レーザ素子を破壊させてしまう恐れがある。
【０００５】
特に、光ファイバ伝送の光源として用いられる埋込型半導体レーザでは、ストライプ状に加工された活性層を含むメサ構造を挟んで、埋込領域にトレンチ溝を有するが、より高速の動作特性を得るために、活性層領域とトレンチ溝との間隔をより狭小化する傾向がある。例えば、２ＧＨｚ程度の変調周波数で動作する半導体レーザ素子では、このトレンチ溝の間隔は７〜２０μｍ程度であるが、１０ＧＨｚの変調周波数で動作する半導体レーザにおいては、トレンチ溝の間隔は６μｍ程度に狭く形成される。この場合、トレンチ溝を有する埋込型半導体レーザチップの実装において、この活性層領域とトレンチ溝との間隔が狭い半導体レーザチップほど、クラックの発生が顕著であり、素子の破壊の問題が生じることが明らかになった。これは、活性層領域とトレンチ溝との間隔の狭小化により、コレットの底面と半導体レーザチップとの接触面積が小さくなること、あるいは、表面の凹凸が顕著になることからコレット底面が半導体レーザチップの表面に接触する際に傾いて、コレットが線状に接触する場合があり、この結果、コレットの荷重による半導体レーザチップへの圧力が、より大きくなることが原因と考えられる。一方、ダメージを低減するためにコレットの荷重を低減すると、確実な真空吸着が困難となり、生産性が低下するといった問題も生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、半導体レーザ素子を実装する際に、素子にクラックを生じさせたり破壊させたりすることなく、優れた特性および信頼性を有する半導体光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体レーザ素子は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された活性層と、前記活性層を含むストライプ状メサ部と、前記メサ部の周囲を半導体で埋め込む埋込層と、前記活性層上に形成された第２導電型のコンタクト層および電極とを有し、前記埋込層にトレンチ溝が形成されている埋込型半導体レーザ素子であって、前記電極の厚みよりも厚い樹脂パッドを有することを特徴としている。
【０００８】
上記構成の半導体レーザ素子によれば、コレットを用いて半導体レーザチップを実装する際に、コレットの底面が半導体レーザ素子の表面に形成された電極等に接触する前に、樹脂パッドに接触し、コレットによる荷重が半導体素子に加わり応力が生じても、樹脂パッドにより吸収され緩和されることにより、半導体レーザ素子にクラックが生じたり、破壊されることを防止することができる。
【０００９】
特に、ストライプ状メサ部とトレンチ溝との間隔が狭小に形成される高速変調可能な半導体レーザ素子を実装する場合において、クラックの発生を防止でき、信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することができる。
【００１０】
また、本発明に係る半導体レーザ素子では、上記の樹脂パッドが半導体レーザ素子の表面に形成された電極およびトレンチ溝以外の領域に形成されている。樹脂パッドが、活性層上に形成された電極、またはトレンチ溝と隔離して形成することにより、コレットで半導体レーザ素子を保持する場合に生じる応力の活性層への影響を低減することができる。
【００１１】
また、本発明に係る半導体レーザ素子では、樹脂パッドが、ストライプ状メサ部に対してほぼ対称に２個以上配置されるように形成してもよい。コレットの底面が、樹脂パッドの表面と広い面積で均一に接触することができるので、コレットが接触する際の応力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体光素子は、その表面にコレット保持のための樹脂パッドが形成されているので、信頼性の高い半導体光素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
第１実施形態
図１（ａ）、および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子３０を示す概略図である。この半導体光素子の例としては、半導体レーザ素子（レーザダイオード）や光変調器などを挙げることができる。
【００１５】
図１に示す実施形態では、ストライプ状に加工されたストライプ状メサ部６の周囲に半導体層が埋め込まれた埋込型半導体レーザ構造を有する。この半導体レーザ素子のストライプ状メサ部６には、ｎ型ＩｎＰ半導体からなる基板１の上面に順次積層されたｎ型ＩｎＰクラッド層２、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸構造活性層３、第１ｐ型ＩｎＰクラッド層４を有する。ストライプ状メサ部６の周囲には、ＩｎＰ半導体からなる埋込層５を有し、さらに埋込層にはトレンチ溝１０が形成されている。半導体埋込層は、半導体レーザの横モード制御のための屈折率導波路を形成するための機能の他に、ストライプ状メサ部６の活性層３に電流を狭窄する機能を有し、ｐ型ＩｎＰ半導体層５ａ、ｎ型ＩｎＰ半導体層５ｂ及びｐ型ＩｎＰ半導体層５ｃが順次積層されて形成される。ストライプ状メサ部６および埋込層５の上面には、第２ｐ型ＩｎＰクラッド層７およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層８が積層される。ストライプ状メサ部のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタク層の上部には、ストライプ状のｐ側電極１５が設けられており、さらに外部と電気的に接続するためのワイヤボンデイング用の電極パッド１７が設けられている。ｎ型ＩｎＰ半導体基板１の下面には、ｎ側電極２０が形成されている。ｐ側電極１５は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック性電極であり、ｎ側電極２０はＡｕＧｅＮｉ合金からなるオーミック性電極である。ｐ側電極１５及びｎ側電極２０を介して活性層に電流を注入することにより、半導体レーザ素子からレーザ発振が得られる。
【００１６】
半導体レーザが動作状態のときは、埋込層５のｐｎ接合は逆バイアスされるため、埋込層５に流れる電流が阻止されるが、一方、このｐｎ接合が空乏化し、大きな静電容量を有する。この静電容量を低減するために、半導体埋込層領域において、基板まで到達するトレンチ溝１０がストライプ状メサ部６の両側に形成される。このストライプ状メサ部の両側に形成されたトレンチ溝とトレンチ溝との間隔を狭くするほど、埋込層の静電容量を低減することができ、高速動作が期待できる。例えば変調周波数が１０ＧＨｚの高速動作可能な半導体レーザでは、このストライプ状メサ部６の両側のトレンチ溝間の間隔は、６μｍである。
【００１７】
また、半導体レーザ素子の表面には、コレット保持用の樹脂パッド２５が形成されている。樹脂の材料は、例えば感光性ポリイミド樹脂や感光性ＢＣＢ樹脂（ベンゾシクロブテン樹脂）を用いることができる。感光性の樹脂を用いることで、通常のフォトリソグラフ工程により、所定のパターンを有する樹脂パッド２５を容易に形成することができる。ｐ側電極１５および電極パッド１７の厚みは、通常、２〜３μｍ程度である。一方、樹脂パッド２５の厚みは、このｐ側電極１５の厚みより厚くすることで、半導体レーザチップを実装する際にコレットによる真空吸着時においても、半導体レーザチップの電極等に直接接触することを防止することができる。また、樹脂が緩衝材として機能するため、コレットが樹脂に接触しても、その応力が半導体レーザチップに影響することを低減することができる。樹脂の厚みは、例えば４〜５μｍ程度であり、ｐ側電極の厚みよりも約２〜３μｍ程度厚く形成されている。
【００１８】
また、樹脂パッド２５は、ストライプ状メサ部６およびトレンチ溝１０から隔離して配置されている。コレットにより半導体レーザチップを保持する場合でも、コレットの荷重による応力が活性層へ伝達されるのを防止するためである。図１において、樹脂パッド２５は、ストライプ状メサ部６の両側でほぼ対称に配置されている。コレットが半導体レーザチップを保持する際に、ストライプ状メサ部６の両側に配置することでコレットの底面と樹脂パッドとが比較的広い面積で、かつ均一に接触することができる。この結果、接触時の応力を分散することができる。コレットが傾いて線状に接触したり、コレットの一部が接触することにより過度の応力が半導体レーザチップに加わり、半導体レーザチップにクラックが発生したり破損するのを防止することができる。樹脂パッドは、ストライプ状メサ部６の両側であれば、必ずしも２個である必要はなく、複数個配置されていてもよい。また、この場合であってもストライプ状メサ部６に対して略対称に配置されることがより好適である。
【００１９】
第２実施形態
図２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を示す断面図である。この半導体光素子の例としては、半導体レーザ素子（レーザダイオード）や光変調器などを挙げることができる。
【００２０】
図２において、コレット保持用のための樹脂パッド領域２５が、ストライプ状メサ部６およびトレンチ溝１０から離れて設けてある。コレットで半導体レーザチップを保持する場合、第１の実施形態では、コレットが、ストライプ状メサ部６あるいはトレンチ溝１０にまたがって、ストライプ状メサ部６の両側に配置された樹脂パッド２５と接触し真空吸着することになるが、本実施例では、ストライプ状メサ部６およびトレンチ溝１０から離れた領域に、樹脂パッドが設けられているので、さらに活性層への応力の影響を軽減でき、クラック等による素子の破損を防止することができる。樹脂パッドは、コレットの底面が接触する際に、均一に接触するように配置されていれば、複数個に分割して配置されていてもよい。
【００２１】
次に、図１に示すような第１実施形態における半導体レーザチップを製造する主な工程について説明する。ｎ型ＩｎＰ基板１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２、下部ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層（図示せず）、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造活性層３、上部ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層（図示せず）、第１ｐ型ＩｎＰクラッド層４を順次、ＭＯＣＶＤ法により結晶成長させる。次に、ストライプ状メサ部を形成する領域に、ＳｉＮ絶縁膜マスクをフォトリソグラフ工程により作成し、絶縁膜マスク以外のストライプ状メサ部を形成しない領域をウエットエッチングにより除去し、活性層を含むストライプ状メサ部６を形成する。続いて、ｐ型ＩｎＰ埋込層５ａ、ｎ型ＩｎＰ埋込層５ｂ、ｐ型ＩｎＰ埋込層５ｃを順次、ＭＯＣＶＤ法により結晶成長させる。成長後、ＳｉＯ２絶縁膜マスクを除去する。この後、第２ｐ型ＩｎＰクラッド層７及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層８を、ストライプ状メサ部６および埋込層５（５ａ，５ｂ，５ｃ）にわたって成長する。
【００２２】
次に、トレンチ溝を形成する領域以外の領域にＳｉＮ絶縁膜マスクを形成し、ｎ型ＩｎＰクラッド層に到達するまでウエットエッチングによりエッチングを行い、トレンチ溝１０を形成する。このとき、トレンチ溝１０とストライプ状メサ部６との距離が、２．５μｍであり、トレンチ溝とトレンチ溝との間隔が、６μｍになるように絶縁膜マスクのパターンを形成する。トレンチ溝１０を形成後、ＳｉＮからなる絶縁膜１９を形成し、ストライプ状メサ部上のＩｎＧａＡｓコンタクト層８にｐ側電極が接触するための開口部を形成するためのフォトレジストを形成する。このフォトレジストマスクを利用して、絶縁膜を除去し電極コンタクト用の開口部を形成するとともに、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着法により形成する。さらに、この電極上にメッキにより約１．５μｍの厚膜の金を形成する。このときの電極の総厚は、２μｍ程度である。
その後、リフトオフ法を用いて、ストライプ状メサ部領域および電極パッド領域以外に形成された電極金属をレジストともに除去する。
【００２３】
次に、コレット保持用の樹脂パッドを形成するために、感光性樹脂を均一に形成する。感光性樹脂として、例えば感光性ポリイミド樹脂や感光性ＢＣＢ樹脂を用いることができる。また、感光性樹脂の形成は、スピンコートにより塗布し、その後、２８０℃６分の熱処理を行う。形成された感光性樹脂の厚みは、例えば５μｍである。その後、フォトリソグラフにより、コレット保持のための樹脂パッド領域２５のみを残し、感光性樹脂を除去する。
【００２４】
次に、ＩｎＰ基板１を１００μｍまでラッピング法により研削し、ＩｎＰ基板１の裏面にｎ側電極としてＡｕＧｅＮｉ合金を蒸着法により形成する。その後、所望の共振器長（ここでは３００μｍ）となるようにへき開により基板を分割することにより、図１に示す本発明の第１の実施形態の半導体レーザ素子３０が完成する。
【００２５】
コレット保持用の樹脂パッド２５の樹脂の高さは、ｐ側電極金属１５の高さよりも高く形成されているので、半導体レーザチップをコレットで保持する場合に、コレットの底面は、ｐ側電極１５には接触せずに、ある程度の弾力性を有する樹脂パッド２５に接触することになる。したがって、コレットで半導体レーザチップを保持する場合に生じるコレット荷重による応力によって、クラックが生じたり、破壊されることがない。特に、素子の静電容量を低減する目的でトレンチ溝の間隔が狭小化された高周波用半導体レーザ素子においても、実装時のコレットによる真空吸着によるクラックの導入あるいは破壊を防止することができる。
【００２６】
なお、第２の実施形態における半導体レーザチップを製造する工程も、半導体レーザチップを保持するための樹脂パッドを形成する領域が第１の実施形態における半導体レーザチップと異なるが、第１の実施形態における製造工程とほぼ同様の工程を用いて製造することができる。
【００２７】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ素子の斜視図であり、（ｂ）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である。
【図２】図２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。
【図３】図３は、従来の半導体レーザ素子および実装時においてコレットにより保持された状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…ｎ型ＩｎＰ基板、２…ｎ型ＩｎＰクラッド層、３…ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸構造活性層、４…第１ｐ型ＩｎＰクラッド層、５、５ａ、５ｂ、５ｃ…埋込層、６…ストライプ状メサ部、７…第２ｐ型ＩｎＰクラッド層、８…ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０…トレンチ溝、１５…ｐ側電極、１７…電極パッド、１９…絶縁膜、２０…ｎ側電極、２５…樹脂パッド、３０…半導体レーザチップ、１０３…活性層、１０５、１０５ａ、１０５ｂ…埋込層、１１５…電極、１１７…電極パッド、１１９…絶縁膜、１５０…コレット
【図１】
2008041850.tif 000003
【図２】
2008041850.tif 000004
【図３】
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