(57)【要約】【課題】一回の結晶成長工程で製造することができ、導電体材料と絶縁膜材料の界面での剥離を抑えることができる低コストで歩留りの良好な半導体装置とその製造方法および半導体レーザ装置とその製造方法を提供する。【解決手段】第１導電型の半導体基板上に積層された主構造体１００上に、第２導電型の半導体層を最下層とする構造体全領域が第２導電型である第１副構造体１１１を形成する。上記第１副構造体１１１と空間的に分離されて主構造体１００上に、第１副構造体１１１と同一の第２導電型の構造体上に電流遮断層１１３をさらに有する第２副構造体１１４を形成する。上記第１副構造体１１１上および第２副構造体１１４上に形成され、かつ、第１副構造体１１１と第２副構造体１１４間を接続するように形成されたｐ側電極１１６を備える。【選択図】図１
2005252229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板上に積層された主構造体と、
上記主構造体上に形成され、第２導電型の半導体層が最下層であって全領域が第２導電型である第１副構造体と、
上記第１副構造体と空間的に分離されて上記主構造体上に形成され、上記第１副構造体と同一の構造を有する部分とその部分上に設けられた半導体層からなる電流遮断層を有する第２副構造体と、
上記第１副構造体上および上記第２副構造体上に形成され、かつ、上記第１副構造体と第２副構造体との間を接続するように形成された導電体とを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記半導体装置は半導体レーザ装置であって、
上記主構造体が活性層を有し、上記第１副構造体がリッジ部であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記電流遮断層が第１導電型の半導体層であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記電流遮断層が第２導電型の半導体層であり、
上記第２導電型の半導体層のドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記主構造体の最上部には第１エッチング停止層を有しており、
上記第１副構造体および上記第２副構造体の最下層に形成された第２導電型の半導体層は、上記第１エッチング停止層に対して選択エッチング可能であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
上記第２副構造体は、上記第１導電型の半導体層下に第２導電型の半導体からなる第２エッチング停止層を有しており、
上記第１導電型の半導体層が、上記第２導電型の第２エッチング停止層に対して選択エッチング可能であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記第１副構造体の幅をＷとし、上記第１副構造体と上記第２副構造体との間の距離をＤとしたとき、Ｄ≧Ｗであることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記第１副構造体と第２副構造体との間の空間に絶縁物が充填されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体レーザ装置において、
上記絶縁物の高さが上記第１副構造体の高さよりも高く、かつ、少なくとも上記絶縁物の一部が上記第２副構造体の高さよりも高いことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体レーザ装置において、
上記絶縁物の一部が上記第１副構造体上の縁部および上記第２副構造体上の縁部に重なっていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の半導体レーザ装置において、
上記絶縁物が感光性を有するポリイミドであることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１２】
請求項６に記載の半導体レーザ装置において、
上記第２副構造体上の上記第１導電型の半導体層がＧaＡsであり、
上記第２導電型の第２エッチング停止層は、III族におけるＡl組成比が０.５以上のＡlＧaＡsであることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１３】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記第２副構造体上に形成された上記導電体に、外部と電気的導通を取るための金属ワイヤーが接続されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１４】
第１導電型の半導体基板上に、最上部に第１エッチング停止層を有する主構造体を積層する工程と、
上記主構造体の第１エッチング停止層に引き続き、１つの第２導電型の半導体層または複数の第２導電型の半導体層が積層された第２導電型の半導体層群を形成する工程と、
上記１つの第２導電型の半導体層上または上記第２導電型の半導体層群上に半導体層からなる電流遮断層を形成する工程と、
上記電流遮断層をストライプ状に除去する工程と、
上記電流遮断層がストライプ状に除去された領域内において、両側を上記第１エッチング停止層まで除去することにより、上部に上記１つの第２導電型の半導体層または上記第２導電型の半導体層群が露出した第１副構造体と、上部に電流遮断層を有する第２副構造体をそれぞれ形成する工程と、
上記第１副構造体の上部、かつ、上記第２副構造体の上部、かつ上記第１副構造体と第２副構造体との間に導電体を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法において、
上記主構造体を積層する工程から上記電流遮断層を形成する工程までを、大気中に暴露せずに同一成長室内において行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法を用いた半導体レーザ装置の製造方法であって、
上記主構造体を積層する工程において、活性層が形成され、
上記第１副構造体と上記第２副構造体を形成する工程において、上記第１副構造体がリッジ部となるように形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
上記電流遮断層を形成する工程において、上記電流遮断層が第１導電型の半導体層であることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
上記第１副構造体および上記第２副構造体を形成する工程に続いて、上記第１副構造体と上記第２副構造体との間に絶縁物を形成する工程をさらに有し、
上記導電体を形成する工程において、上記第１副構造体の上部と上記第２副構造体の上部および上記絶縁物上に上記導電体を一体に形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
上記第１副構造体および上記第２副構造体を形成する工程に引き続き、感光性ポリイミドを塗布する工程と、
フォトリソグラフィ法を用いて、一部が上記第１副構造体上の縁部および上記第２副構造体上の縁部を覆い、かつ、上記第１副構造体と上記第２副構造体との間をポリイミドで埋める工程をさらに有し、
上記導電体を形成する工程において、上記第１副構造体の上部および上記第２副構造体の上部および上記ポリイミド上に上記導電体を一体に形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項２乃至１３のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置を用いていることを特徴とする光ディスク装置。
【請求項２１】
請求項２乃至１３のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置を用いていることを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、半導体レーザ装置、半導体装置の製造方法、半導体レーザ装置の製造方法、光ディスク装置および光伝送システムに関するものであり、特に、光ディスク装置や光伝送システム等に用いられる半導体レーザ装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザ装置は、リッジ埋め込み型が信頼性と特性を両立する構造として多用されている。リッジ埋め込み型半導体レーザ装置は、複数回の結晶成長を必要とするが、このような結晶再成長工程は、半導体レーザ装置の製造コストの低減に大きな障害となっていた。そこで埋め込み結晶成長を省略し、１回の結晶成長で半導体レーザ装置を作成する手法として、リッジ導波型構造を形成し、酸化珪素(ＳiＯ2)や窒化珪素(ＳiＮx)等の絶縁膜により電流狭窄および光の閉じ込めを行う素子が開発されている。従来のリッジ導波型半導体レーザ装置の製造方法の例を図６Ａ〜図６Ｅに示す(例えば、特開昭６２−２３１９１号公報(特許文献１)参照)。
【０００３】
図６Ａ〜図６Ｅにおいて、４０１はｎ型ＧaＡs基板、４０２はｎ型ＧaＡsバッファ層、４０３はｎ型Ａl0.43Ｇa0.57Ａs下側クラッド層、４０４はアンドープｎ−Ａl0.11Ｇa0.89Ａs活性層、４０５はｐ型Ａl0.43Ｇa0.57Ａs第１の上側クラッド層、４０６はｐ型Ａl0.25Ｇa0.75Ａs第２の上側クラッド層、４０７はコンタクト層、４０８はレジスト膜、４０９はＳiＯ2絶縁膜、４１０はｐ側電極、４１１はｎ側電極である。
【０００４】
以下、上記半導体レーザ装置の製造方法について説明する。まず、図６Ａに示すように、液相成長法、気相成長法、分子線エピタキシー(ＭＢＥ)法等の結晶成長法のいずれかを用いて、ｎ型ＧaＡs基板４０１上に、バッファ層４０２、下側クラッド層４０３、活性層４０４、第１の上側クラッド層４０５、第２の上側クラッド層４０６、コンタクト層４０７の各層を順次成長させる。次に、図６Ｂに示すように、フォトリソグラフィ技法によってレジスト膜４０８をストライプ状に形成する。次に、第２の上側クラッド層４０６のみを選択的にエッチングするようなエッチャントを用いてリッジ構造を形成する。このようなエッチャントとしては、例えばＮＨ3／Ｈ2Ｏ2溶液が考えられ、ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2＝２０：１溶液は、図７に示すようにＡlyＧa1-yＡsのエッチングレートに組成依存性がある。図７において、横軸は、ＡlyＧa1-yＡs中のｙの値を表し、縦軸はエッチングレート(μｍ／min)を表している。
【０００５】
したがって、このエッチャントを使用することにより容易に選択エッチングを行うことができ、図６Ｃに示すようなリッジ部を形成する。次いで、図６Ｄに示すように、レジスト膜４０８を残した状態で絶縁膜４０９を形成する。そして、リフトオフによってリッジ部上の絶縁膜４０９をレジスト膜４０８ごとはがし、コンタクト層４０７上面とｎ型ＧaＡs基板４０１下面にそれぞれオーミック用のｐ側電極４１０およびｎ側電極４１１を蒸着によって形成する。以上の工程を経て図６Ｅに示すリッジ導波型半導体レーザ装置が得られる。
【０００６】
上記従来の半導体レーザ装置の製造方法によれば、リッジ部上面を除いた部分に絶縁膜が形成されたリッジ導波型半導体レーザ装置を、複数の結晶成長工程を行うことなく製造できる。
【０００７】
しかしながら、従来の絶縁膜を使用したリッジ導波型半導体レーザ装置には、次のような課題があった。すなわち、リッジ部が形成された側のｐ側電極は、そのほとんどが絶縁膜上に形成されており、ｐ側電極を構成する導電体材料は、一般に絶縁膜との密着性が悪いために、電極を厚く形成した際には、その応力により、導電体と絶縁膜の界面から電極が剥離しやすいという問題があった。上述のようなリッジ導波型半導体レーザ装置の構造の場合、リッジ部の段差部に起因する導電体材料の段切れを防止するために、ある程度の膜厚の導電体材料を形成する必要があるため、応力の問題は不可避である。さらに、半導体レーザ装置に通電するための金属ワイヤーをｐ側電極にボンディングする工程においては、一般に、超音波や熱を加えることにより金属ワイヤーを電極に対して固着させるが、この時、電極となる導電体材料と絶縁膜との界面の密着力が低いために、絶縁膜との界面から導電体材料が剥離することもある。剥離を防止するために、超音波強度や加熱の程度を抑制すると、金属ワイヤーの固着強度(ボンディング強度)が低下してしまうという問題が新たに生じてしまう。
【特許文献１】特開昭６２−２３１９１号公報(第４頁  第１図(ｅ))
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した課題を克服し、一回の結晶成長工程で製造することができ、しかも導電体材料と絶縁膜材料の界面での剥離を抑えた、低コストで歩留りよく製造できる半導体装置とその製造方法および半導体レーザ装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は、上記低コストで製造でき、かつ歩留りが向上した半導体レーザ装置を用いた光ディスク装置、光伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体装置は、第１導電型の半導体基板上に積層された主構造体と、上記主構造体上に形成され、第２導電型の半導体層が最下層であって全領域が第２導電型である第１副構造体と、上記第１副構造体と空間的に分離されて上記主構造体上に形成され、上記第１副構造体と同一の構造を有する部分とその部分上に設けられた半導体層からなる電流遮断層を有する第２副構造体と、上記第１副構造体上および上記第２副構造体上に形成され、かつ、上記第１副構造体と第２副構造体との間を接続するように形成された導電体とを備えたことを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００１１】
ここで、「主構造体」とは、例えば半導体レーザ装置であれば活性層であり、電界効果トランジスタであればチャネル層であるといった、その半導体装置の本来の機能を発揮するために必須の構造を含む構造体のことをさす。
また、ここで「第１導電型」とはｎ型とｐ型のうち一方の導電型をさし、「第２導電型」とはｎ型とｐ型のうち他方の導電型をさす。
【００１２】
上記構成の半導体装置によれば、上記主構造体上に形成される第１副構造体と第２副構造体は、第２副構造体における電流遮断層を除く部分を共通としており、かつ上記電流遮断層も半導体層からなる構成としているため、一度の結晶成長工程で製造することができる。また、導電体を密着性良く支持することができるようになるため、製造歩留まりを向上させることができる。これは、例えば電流遮断層を後述する第１導電型の半導体層、または第２導電型であって、そのドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下である半導体層とすることにより、第１副構造体と第２副構造体との間の空隙以外の領域において、導電体が半導体材料上に直接形成されることになり、導電体材料と半導体材料の界面は、導電体材料と絶縁膜材料界面と比較して密着性がよいため、製造時のはがれの問題が抑制できるようになるためである。
【００１３】
また、この発明の半導体レーザ装置は、上記半導体装置は半導体レーザ装置であって、上記主構造体が活性層を有し、上記第１副構造体がリッジ部であることが好ましい。
【００１４】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、リッジ部となる第１副構造体と第２副構造体が、電流遮断層を除く第２導電型の半導体層部分を共有しており、かつ上記電流遮断層を半導体層からなる構成としているため、一度の結晶成長工程で製造することができ、安価な半導体レーザ装置を提供することができるようになり、良好な特性と製造歩留まりを両立する半導体レーザ装置を得ることができる。
【００１５】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記電流遮断層が第１導電型の半導体層であることが好ましい。
【００１６】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、結晶成長工程において、第２副構造体上に電流遮断層となる第１導電型の半導体層を容易に連続して形成することができ、しかも、上記電流遮断層は、下地となる第２導電型の半導体層群とは逆の導電型を有するようにすることで、別途絶縁膜を形成しなくとも高い電流遮断性を示すことができるようになる。
【００１７】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記電流遮断層が第２導電型の半導体層であり、上記第２導電型の半導体層のドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００１８】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、第２導電型のドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の半導体層を上記電流遮断層として用いることで、結晶成長工程において、高い電流遮断性を有する電流遮断層を上記第２副構造体上に容易に連続して形成できるようになるので、別途絶縁膜を形成する必要が無く、低コストで歩留りよく製造できる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００１９】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記主構造体の最上部に第１エッチング停止層を有しており、上記第１副構造体および上記第２副構造体の最下層に形成された第２導電型の半導体層が、上記第１エッチング停止層に対して選択エッチング可能であることが好ましい。
【００２０】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、第１副構造体および第２副構造体を制御性よく形成することが可能となり、製造歩留りが向上する。また、半導体レーザ装置の光閉じ込め特性に影響する第１副構造体の高さおよび主構造体の厚さを結晶成長のレベルで制御可能となるため、所望の素子特性が容易に得られる。
【００２１】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記第２副構造体は、上記第１導電型の半導体層下に第２導電型の半導体からなる第２エッチング停止層を有しており、上記第１導電型の半導体層が、上記第２導電型の第２エッチング停止層に対して選択エッチング可能であることが好ましい。
【００２２】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記第１導電型の半導体層を第２導電型の第２エッチング停止層に対して選択エッチングすることにより、リッジ部のコンタクト層を構成する第１副構造体最上部の第２導電型の半導体層を容易かつ制御性よく露出させることができるようになるため、製造時の歩留りが向上し、かつ素子特性が安定するという効果がある。
【００２３】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記第１副構造体の幅をＷとし、上記第１副構造体と上記第２副構造体との間の距離をＤとしたとき、Ｄ≧Ｗであることが好ましい。
【００２４】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、Ｄ≧Ｗを満たすような構成であれば、乾式・湿式を問わず一般的なエッチング手法により容易に第１副構造体と第２副構造体との間に積層された半導体層を除去し、第１副構造体と第２副構造体を分離することができるようになる。さらに、第２副構造体が第１副構造体からＤ≧Ｗを満たすように離れて形成されていれば、第１副構造体直下で発振したレーザ光の光分布特性が第２副構造体に影響されないようにできるため、所望の光学特性を有する半導体レーザ装置を得るための素子設計が容易になるという効果がある。
【００２５】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記第１副構造体と第２副構造体との間の空間に絶縁物が充填されていることが好ましい。
【００２６】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、リッジ部を構成する第１副構造体の側面、第１エッチング停止層の表面、および第２副構造体の側面が絶縁物により被覆されるので、水分の吸着や酸化が防止され、素子信頼性が向上するという効果がある。また、電極となる導電体材料が第１副構造体の側面や第１エッチングストップ層上に直接接触しないため、導電体材料に起因する発振レーザ光の吸収損失が低減され、半導体レーザ装置の高効率化、低閾値電流化を実現できるという効果がある。
【００２７】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記絶縁物の高さが上記第１副構造体の高さよりも高く、かつ、少なくとも上記絶縁物の一部が上記第２副構造体の高さよりも高いことが好ましい。
【００２８】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、発振したレーザ光は、絶縁物上に形成される導電体材料にまで漏れることがなくなる。金属からなる導電体材料は、一般に光の非常に大きな吸収体となるが、上記構成によれば、このような導電体材料による光吸収を防止できるため、レーザ発振時の内部損失(吸収損失)がより低減され、一層の高効率動作が可能な半導体レーザ装置を提供することが可能となる。
【００２９】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記絶縁物の一部が上記第１副構造体上の縁部および上記第２副構造体上の縁部に重なっていることが好ましい。
【００３０】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、絶縁物の一部が第１および第２副構造体上の縁部に重なるように、第１,第２副構造体の間に絶縁物が形成されていることで、絶縁物上に設けられる導電体材料は段切れすることなく第１および第２副構造体間を接続できるようになる。そのため、製造歩留まりがさらに向上した半導体レーザ装置を得ることができる。
【００３１】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記絶縁物がポリイミドであることが好ましい。
【００３２】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、ポリイミドは、それ自体が光の吸収成分とならず、また他の材料(半導体や例えば窒化珪素など)に比べて半導体との界面における散乱損失も小さいため、より一層の高効率、低閾値電流動作が実現できる。
【００３３】
また、第１副構造体と第２副構造体との間の距離がＤ≧Ｗを満たすように形成されているとき、前述のように第２副構造体が、半導体レーザ装置の光閉じ込め特性に影響を与えないように容易に設計できる。第１副構造体と第２副構造体との間に形成された空隙に物質を埋め込んだ条件でシミュレーションを行うと、空隙に埋め込む物質の屈折率を最大２.５程度まで上昇させても光閉じ込め特性にはほとんど影響を与えないことが計算の結果分かった。一般にポリイミドの屈折率は１.６〜１.８程度であるので、ポリイミドを埋め込んだ半導体レーザ装置は、安定した光閉じ込め特性が得られる。同時に形成するポリイミドの膜厚についても、光閉じ込め特性に対する影響度は小さく、シビアに制御する必要が無い。すなわち、製造上のトレランス(余裕)が大きく、他の材料で埋め込んだ場合に比べて、製造歩留まりを向上させることができるという効果がある。
【００３４】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記ポリイミドが感光性を有することが好ましい。
【００３５】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、感光性を有するポリイミド材料を用いることにより、別途フォトリソグラフィ用のレジスト塗布およびポリイミド材料のエッチングを行う必要が無くなり、他の絶縁膜材料(例えばＳiＯ2やＳiＮx、あるいはＳＯＧなど)を使用した場合に比べて、低コストで製造できる半導体レーザ装置の構造が提供される。このとき、ポジ型感光性が好ましい。これは、ポリイミドが、リッジ構造の影等に埋め込まれたためにフォトリソグラフィ時に十分に露光されなかったことがあったとしても、ポジ型であれば、必要な部分が現像後も残るからである。
【００３６】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記第２副構造体上の上記第１導電型の半導体層がＧaＡsであり、上記第２導電型の第２エッチング停止層は、III族におけるＡl組成比が０.５以上のＡlＧaＡsであることが好ましい。
【００３７】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記第１導電型の半導体層にＧaＡsを用い、上記第２導電型の第２エッチング停止層にIII族におけるＡl組成比が０.５以上のＡlＧaＡsを用いることによって、良好なエッチング選択性が得られると共に、導電体材料が形成される半導体層が、第１副構造体、第２副構造体ともＧaＡsとなり、ＡlＧaＡs材料に比べて自然酸化膜の形成の程度が圧倒的に小さく、導電性材料に対して良好な密着性を得やすいという効果がある。
【００３８】
また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記第２副構造体上に形成された上記導電体に、外部と電気的導通を取るための金属ワイヤーが接続されていることが好ましい。
【００３９】
上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、通常、絶縁膜上に形成された導電体材料は、絶縁膜に対する密着性が悪いため、外部との導通を図るワイヤーボンディング工程において、絶縁膜と導電体材料界面で導電体に剥がれが生じることが多いが、上記実施形態の半導体レーザ装置では、導電体材料は半導体層上に直接形成されているために密着性がよく、金属ワイヤーをボンディングしても剥がれの問題が無いため、製造歩留りが向上するという効果がある。
【００４０】
本発明の半導体装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、最上部に第１エッチング停止層を有する主構造体を積層する工程と、上記主構造体の第１エッチング停止層に引き続き、１つの第２導電型の半導体層または複数の第２導電型の半導体層が積層された第２導電型の半導体層群を形成する工程と、上記１つの第２導電型の半導体層上または上記第２導電型の半導体層群上に半導体層からなる電流遮断層を形成する工程と、上記電流遮断層をストライプ状に除去する工程と、上記電流遮断層がストライプ状に除去された領域内において、両側を上記第１エッチング停止層まで除去することにより、上部に上記１つの第２導電型の半導体層または上記第２導電型の半導体層群が露出した第１副構造体と、上部に電流遮断層を有する第２副構造体をそれぞれ形成する工程と、上記第１副構造体の上部、かつ、上記第２副構造体の上部、かつ上記第１副構造体と第２副構造体との間に導電体を形成する工程とを含むことを特徴とし、そのことによって、上記目的が達成される。
【００４１】
上記構成の半導体装置の製造方法によれば、電流を注入したくない領域の上記１つの第２導電型の半導体層上または上記第２導電型の半導体層群上には半導体層からなる電流遮断層を残すことにより、選択的に電流注入を行うことのでき、かつ１回の結晶成長で製造可能な半導体装置の製造方法が提供される。さらに、上記第１副構造体、および上記第２副構造体とも、その最上部は半導体層となるから、上記導電体材料は密着性の良い半導体層上に形成される構成となるため、導電体材料の剥離の問題が生じず、製造歩留りが向上するという効果がある。また、主構造体上部に第１エッチング停止層を有するため、第１副構造体および第２副構造体の形成が制御性よく実施でき、安定した素子特性が得られ易いという効果がある。
【００４２】
また、一実施形態の半導体装置の製造方法は、上記主構造体を積層する工程から上記電流遮断層を形成する工程までを、大気中に暴露せずに同一成長室内において行うことが好ましい。
【００４３】
ここで、「成長室」とは、結晶成長を行うための成長装置における密閉された炉やチャンバーを指す。
【００４４】
上記実施形態の半導体装置の製造方法によれば、結晶成長工程において電流遮断層が当初から一体に積層形成されているため、電流が流れてほしくない領域に別途、絶縁膜を形成する工程や、電流遮断層を後から再成長させる工程を行う必要が無くなる。よって、製造コストの高い結晶再成長工程が不要となり、製造工程の短縮化を図ることができる。
【００４５】
また、この発明の半導体レーザ装置の製造方法は、上記半導体装置の製造方法を用いた半導体レーザ装置の製造方法であって、上記主構造体を積層する工程において、活性層が形成され、上記第１副構造体と上記第２副構造体を形成する工程において、上記第１副構造体がリッジ部となるように形成することが好ましい。
【００４６】
上記実施形態の半導体レーザ装置の製造方法によれば、一度の結晶成長工程だけを用い、別途電流遮断のための絶縁膜等の形成工程を追加することなく、半導体レーザ装置を製造することができるようになるため、製造工程を簡略化でき、歩留まりが向上した安価な半導体レーザ装置の製造方法が提供される。
【００４７】
また、一実施形態の半導体レーザ装置の製造方法は、上記電流遮断層を形成する工程において、上記電流遮断層が第１導電型の半導体層であることが好ましい。
【００４８】
上記実施形態の半導体レーザ装置の製造方法によれば、第１導電型の半導体層は、上述の第１副構造体および第２副構造体の一部を構成する第２導電型の半導体層上に、連続して容易に結晶成長することができ、非常に安価に電流遮断層を形成することが可能となる。よって、従来に比べてより低コストな半導体レーザ装置を製造する方法が提供される。
【００４９】
また、一実施形態の半導体レーザ装置の製造方法は、上記第１副構造体および上記第２副構造体を形成する工程に続いて、上記第１副構造体と上記第２副構造体との間に絶縁物を形成する工程をさらに有し、上記導電体を形成する工程において、上記第１副構造体の上部と上記第２副構造体の上部および上記絶縁物上に上記導電体を一体に形成することが好ましい。
【００５０】
上記実施形態の半導体レーザ装置の製造方法によれば、第１副構造体の側面と露出した第１エッチング停止層の表面および第２副構造体の側面が絶縁物で被覆されるため、水分の吸着や酸化が防止され、素子信頼性のよい半導体レーザ装置の製造方法が得られるという効果がある。さらに、第２副構造体上の導電体材料は、直接に上記第２副構造体上に形成されるため、後に行われるワイヤーボンディング工程などでの剥がれの問題が解消される。
【００５１】
また、一実施形態の半導体レーザ装置の製造方法は、上記第１副構造体および上記第２副構造体を形成する工程に引き続き、感光性ポリイミドを塗布する工程と、フォトリソグラフィ法を用いて、一部が上記第１副構造体上の縁部および上記第２副構造体上の縁部を覆い、かつ、上記第１副構造体と上記第２副構造体との間をポリイミドで埋める工程をさらに有し、上記導電体を形成する工程において、上記第１副構造体の上部および上記第２副構造体の上部および上記ポリイミド上に上記導電体を一体に形成することが好ましい。
【００５２】
上記実施形態の半導体レーザ装置の製造方法によれば、感光性のポリイミド材料を用いることにより、フォトリソグラフィ法を用いて所望の第１副構造体と第２副構造体の空隙に簡便にポリイミドを埋め込むことができる。別途レジストの塗布や剥離を行う必要が無いため、製造工程が増えることによる歩留まりの低下やコストの増大を抑え、安価で歩留まりのよい半導体レーザ装置の製造方法を得ることができる。
【００５３】
さらに、ポリイミドの一部が上記第１副構造体上の縁部および第２副構造体上の縁部を覆うように形成することで、その上に形成される導電体材料の段切れ不良が無くなり、製造歩留りが向上する。このとき、上記ポリイミドはその一部のみが上記第１副構造体上の縁部および第２副構造体上の縁部を覆う構成となっているため、導電体材料の密着性を悪化させることがない。
【００５４】
本発明の光ディスク装置は、上記いずれか１つの半導体レーザ装置を用いていることを特徴とする。
【００５５】
上記、光ディスク装置によれば、従来の光ディスク装置に比べて、より安価な光ディスク装置を提供することができる。
【００５６】
本発明の光伝送システムは、上記いずれか１つの半導体レーザ装置の用いていることを特徴とする。
【００５７】
上記光伝送システムによれば、従来よりも安価な光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化を図ることができる。
【発明の効果】
【００５８】
以上より明らかなように、この発明の半導体装置および半導体レーザ装置および半導体装置の製造方法および半導体レーザ装置の製造方法によれば、結晶再成長を行うことなしに一回の結晶成長で製造でき、導電体材料のはがれの問題を抑制することができるため、歩留まりが良好でかつ低コストで製造できる半導体装置および半導体レーザ装置を実現することができる。
【００５９】
本発明の光ディスク装置によれば、本発明の半導体レーザ装置を用いることで、従来の光ディスク装置に比べて、より安価な光ディスク装置を提供することができる。
【００６０】
また、本発明の光伝送システムによれば、本発明の半導体レーザ装置をその光伝送モジュールに用いることで、従来よりも低コストな光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下、この発明の半導体装置、半導体レーザ装置、半導体装置の製造方法、半導体レーザ装置の製造方法、光ディスク装置および光伝送システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
以下、本発明の実施例を説明する。
【００６２】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態における半導体装置の一例としての半導体レーザ装置の概略構造を示す断面図である。第１実施形態においては、第１導電型はｎ型、第２導電型はｐ型の例を示したが、この逆であってももちろん良い。
【００６３】
この半導体レーザ装置は、ｎ型のＧaＡs基板１０１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層１０２、ｎ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs下クラッド層１０３、ｎ型Ａl0.4Ｇa0.6Ａs第１光ガイド層１０４、多重量子井戸活性層１０５、ｐ型Ａl0.4Ｇa0.6Ａs第２光ガイド層１０６、ｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第１上クラッド層１０７、ｐ型ＧaＡs第１エッチング停止層１０８が順に積層形成されており主構造体１００を構成する。その主構造体１００上に順に積層されたｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２上クラッド層１０９、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０からなる幅Ｗのリッジ部である第１副構造体１１１が形成されている。また、上記第１副構造体１１１から距離Ｄだけ離れて積層形成されたｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２上クラッド層１０９、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０およびｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２エッチング停止層１１２、ｎ型ＧaＡs電流遮断層１１３からなる第２副構造体１１４が形成されている。
【００６４】
上記第１副構造体１１１と第２副構造体１１４との間の空隙には、ポリイミド１１５からなる絶縁物が充填されている。上記ポリイミド１１５の一部は、第１副構造体１１１のｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０上の縁部と重なるように、かつ、第２副構造体１１４のｎ型ＧaＡs電流遮断層１１３上の縁部と重なるように形成されている。
【００６５】
上記ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０、ｎ型ＧaＡs電流遮断層１１３およびポリイミド１１５上には、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０に対してオーミック接続され、ｐ側電極１１６として作用する導電体が形成され、ｎ型ＧaＡs基板１０１の裏面には、ｎ側電極１１７が形成されている。
【００６６】
上記半導体レーザ装置の外部とｐ型の電気的接続を得るための金属ワイヤー１１８は、電流遮断層１１３上に形成された導電体(ｐ側電極１１６)上に固着されている。
【００６７】
次に、図２Ａ〜図２Ｄを参照しながら、上記半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
【００６８】
まず、(１００)面を有するｎ型ＧaＡs基板１０１上に、有機金属化学気相成長(ＭＯＣＶＤ)法などを用いて、ｎ型ＧaＡsバッファ層１０２(厚さ：０.５μｍ、Ｓiドープ：７.２×１０17ｃｍ-3)、ｎ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs下クラッド層１０３(厚さ：１.６μｍ、Ｓiドープ：５.４×１０17ｃｍ-3)、ｎ型Ａl0.4Ｇa0.6Ａs第１光ガイド層１０４(厚さ：０.１μｍ、Ｓiドープ：５.４×１０17ｃｍ-3)、多重量子井戸活性層１０５、ｐ型Ａl0.4Ｇa0.6Ａs第２光ガイド層１０６(厚さ：０.１μｍ、Ｚｎドープ：１.３５×１０18ｃｍ-3)、ｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第１上クラッド層１０７(厚さ：０.３２μｍ、Ｚｎドープ：１.３５×１０18ｃｍ-3)、ｐ型ＧaＡs第１エッチング停止層１０８(厚さ：４０Å、Ｚｎドープ：２×１０18ｃｍ-3)、ｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２上クラッド層１０９(厚さ：１.２８μｍ、Ｚｎドープ：２.４×１０18ｃｍ-3)、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０(厚さ：０.４５μｍ、Ｚｎドープ：３×１０19ｃｍ-3)、ｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２エッチング停止層１１２(厚さ：１００Å、Ｚｎドープ：１×１０18ｃｍ-3)、ｎ型ＧaＡs電流遮断層１１３(厚さ：０.６μｍ、Ｓiドープ：２.７×１０18ｃｍ-3)を順次、結晶成長させる(図２Ａ)。上記多重量子井戸活性層１０５は、Ｉｎ0.25Ｇa0.75Ａs0.54Ｐ0.46バリア層(ｎ型ＧaＡs基板１０１側から厚さ：２１５Å、７９Å、２１５Å)とＩｎ0.1Ｇa0.9Ａs量子井戸層(厚さ：４６Å２層)を交互に配置して形成されている。
ここで、前記ｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２上クラッド層１０９、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０、ｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２エッチング停止層１１２で、第２導電型の半導体層群を構成している。
【００６９】
続いて、フォトリソグラフィ法を用いて、幅４０μｍのストライプ状領域におけるｎ型ＧaＡs電流遮断層１１３を硫酸系エッチャントを使用して除去し、さらにフッ酸系エッチャントで、露出したｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２エッチング停止層１１２を除去し、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０を露出させる(図２Ｂ)。
【００７０】
次に、残ったｎ型ＧaＡs電流遮断層１１３上の全部と、ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０の一部をストライプ状にレジスト(図示せず)で覆い、さらにｐ型ＧaＡs第１エッチング停止層１０８まで除去する(図２Ｃ)。この工程により、半導体レーザ装置のリッジ部を構成する第１副構造体１１１と第２副構造体１１４が形成される。第１副構造体１１１の底部の幅をＷ、第１副構造体１１１と第２副構造体１１４の底部間の間隔をＤとすると、Ｄ≧Ｗを満たすように、第１副構造体１１１および第２副構造体１１４を形成する。この第１実施形態では、Ｗは２.５μｍ、Ｄは１５μｍとした。
【００７１】
その後、基板表面にポジ型の感光性を有するポリイミド材料をスピン塗布し、フォトリソグラフィ法を用いて、ポリイミド材料の一部がｎ型ＧaＡs電流遮断層１１３とｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０の両方に重なるように第１副構造体１１１と第２副構造体１１４との間の空隙にポリイミド材料を残す。焼成によるイミド化を実施することで図２Ｄの形状を得る。塗布する膜厚は焼成による膜厚の減少をあらかじめ考慮して決定する。
【００７２】
続いて、ｐ側電極１１６(図１に示す)となるＴi(厚さ：５００Å)／Ｐｔ(厚さ：５００Å)／Ａu(厚さ：１０００Å)をｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０、ポリイミド１１５およびｎ型ＧaＡs電流遮断層１１３上に、電子ビーム蒸着法を用いて形成する。ｎ型ＧaＡs基板１０１も所望の厚さまで研削し、裏面側にＡuＧe(厚さ：１０００Å)／Ｎi(厚さ：１５０Å)／Ａu(厚さ：１０００Å)からなるｎ側電極１１７(図１に示す)を蒸着形成し、熱処理を経て電極材料の合金化を行い、オーミック接合を得る。
【００７３】
そして、基板を所望のチップサイズに分割し、端面コート(図示せず)を施して、ｎ側電極１１７側をＩｎ糊材(図示せず)を用いてステム(図示せず)にマウントする。さらに、ｎ型ＧaＡs電流遮断層１１３上に形成された導電体(ｐ側電極１１６)上にＡuワイヤー１１８をボンディングすることにより、この第１実施形態の半導体レーザ装置が完成する(図１に示す)。
【００７４】
上記第１実施形態の半導体レーザ装置は、第１エッチング停止層１０８上に形成された２つの副構造体(第１副構造体１１１と第２副構造体１１４)と、２つの副構造体上および副構造体間に設けられた導電性材料が形成されていることを特徴としている。実際の半導体レーザ装置においては、第１副構造体１１１と第２副構造体１１４との間の距離Ｄは、１０〜数１０μｍ程度に作成することが、容易であり、かつ好ましい。このとき、半導体レーザ装置の横幅に対するＤの割合は１０：１以上であるため、導電性材料のほとんどは、第１副構造体および第２副構造体上に直接形成されている。一般に電極として用いられる導電性材料のＴiやＡuＺnは、ＧaＡsやそれに類する半導体材料に対して密着性がよい。特に、この第１実施形態のように、ＧaＡsは表面に形成される自然酸化膜の程度も小さく、上記のような一般的な電極材料に対して良好な密着性を示す。そのため、リッジ部上部のコンタクト領域以外のほとんどの領域が絶縁膜に覆われており、その絶縁膜上に導電性材料が形成される従来のリッジ導波型半導体レーザ装置と比べて、大幅に密着性が改善され、密着性が悪いことに起因する導電体材料の剥離が生じない。
【００７５】
このように、リッジ部となる第１副構造体１１１以外の領域に電流が流れないようにするために、この第１実施形態の半導体レーザ装置においては、当初の結晶成長の時点から電流遮断層となる半導体層を一体形成する構成とし、電流注入領域となるリッジ部上のみ電流遮断層１１３が除去された構造としている。電流遮断には、ｐｎ接合を利用し、第２導電型の半導体層上に、第１導電型である電流遮断層を形成する構成とした。この他にも、例えばｐｎ接合を利用せず、禁制帯幅の広いワイドギャップ半導体層を設ける構造としてもよい。また、さらにドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３以下に制限した第２導電型の半導体層を設ける構造としてもよい。この場合、上記導電体材料と上記第２導電型のドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の半導体層との間には、ショットキー接合が形成されて電流遮断が実現される。
【００７６】
上記ｐｎ接合を利用しない場合の半導体層としては、ＡlＧaＡsやＩnＧaＰ、ＩnＧaＡsＰなどを用いることができるが、その中でも、ＩnＧaＰやＩnＧaＡsＰを用いることが特に好ましい。これは、酸化しやすいＡｌを含まない材料を用いることにより上述したＧaＡsと同様の効果を発揮して導電性材料との間の密着性が改善することに加え、ＩnＧaＰやＩnＧaＡsＰはそれ自体が第１副構造体の頂部であるＧaＡsコンタクト層に対してエッチング選択性を有するため、別途エッチングを停止させるための半導体層を設ける必要がなくなるからである。
【００７７】
このような構成とすることによって、電流非注入領域に絶縁膜を別途形成することなく、また、電流遮断層となる半導体層を別途、結晶再成長することも無く、半導体レーザ装置を製造することができるようになる。さらに、外部との導通を得るための金属ワイヤーを、一体成長した電流遮断層上に形成された導電体材料に直接、固着させることにより、ワイヤーボンディング工程における電極剥がれの問題も防止できている。
【００７８】
上記第１実施形態の半導体レーザ装置においては、図２Ｅに示すように、リッジ部となる第１副構造体１１１の幅Ｗと、第１副構造体１１１と第２副構造体１１４との間の距離Ｄが、Ｄ≧Ｗなる関係を満たすように第１副構造体１１１と第２副構造体１１４を形成する。このようにパターン残し(本実施形態では、第１副構造体１１１と第２副構造体１１４)と抜き(第１副構造体１１１と第２副構造体１１４との間の溝１１９)の比が１：１よりも大きい溝を形成することは、湿式、乾式を問わず一般的な半導体のエッチング手法により容易に実現できる。それとともに、Ｄ≧Ｗとすれば、第１副構造体１１１直下のレーザ発振領域の光分布が第２副構造体１１４に影響されないようになり、光学設計が容易になるというメリットがある。
【００７９】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ装置においては、第１副構造体１１１および第２副構造体１１４の最下層をＡlＧaＡsとし、第１エッチング停止層１０８としてＧaＡsを用いている。第１エッチング停止層１０８は、活性層に近いため、発振レーザ光の吸収成分となる場合があるが、例えば発振波長７８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置の場合、第１エッチング停止層１０８を厚さ５０Å以下のＧaＡsで構成すれば、量子効果から光吸収は起こらず、かつＡlＧaＡsに対して良好な選択エッチング性を示すため好ましい。より長波長の半導体レーザ装置においては、第１エッチング停止層に要求される厚みの制限は緩やかになり、例えば８９０ｎｍ帯では、ＧaＡsの厚み制限は無くなる。
【００８０】
また一般に、ＡlＧaＡs層は酸化されやすく、酸化されると深い準位を形成して非発光再結合中心となる。この非発光再結合中心が素子の通電劣化に大きく影響するといわれるが、ＧaＡsを第１エッチング停止層として用いることで、第１副構造体と第２副構造体を分離形成した後の主構造体が露出した表面は酸化されにくいＧaＡsとなり、活性層に近い主構造体での非発光再結合中心の形成が抑制され、素子信頼性が向上する。
【００８１】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ装置においては、第１導電型のＧaＡsからなる電流遮断層１１３の直下にＡlＧaＡsからなる第２導電型の第２エッチング停止層１１２を有する構成としている。このように、第１導電型の電流遮断層１１３の下側に第２導電型の第２エッチング停止層１１２を設けることにより、リッジ部形成の第１段階となる電流遮断層の除去が容易となり、製造歩留りが向上する。特に、この第１実施形態のように、電流遮断層１１３としてＧaＡsを用い、第２エッチング停止層１１２として、ＡlのIII族混晶比が０.５以上のＡlＧaＡsを用いることにより、リッジ部を形成する領域の電流遮断層１１３の除去が、一般的な硫酸系エッチャントで制御性よく実施することができるようになる。もちろん、電流遮断層としてＡlＧaＡsを用いることにより、別途第２エッチング停止層を設けることなく、フッ酸系エッチャントでＡlＧaＡs電流遮断層を除去する構成としても良い。この場合、ＡlＧaＡs材料を用いることで禁制帯幅が広がり、より容易に電流を遮断することができるというメリットがある。ただし、自然酸化膜のできやすさの違いから、ＡlＧaＡs電流遮断層上に導電性材料を形成するよりも、ＧaＡs電流遮断層上に導電性材料を形成する方が密着性は良い。
【００８２】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ装置においては、第１副構造体１１１と第２副構造体１１４との間に絶縁物(ポリイミド１１５)を充填している。この絶縁物は、図１に示すように、その高さが第１副構造体の高さよりも高く、かつ、少なくとも一部において第２副構造体の高さよりも高くなっている。このことにより、発振したレーザ光が、絶縁物上に形成される導電体材料にまで漏れることがなくなる。金属からなる導電体材料は、一般に光の非常に大きな吸収体となるが、上記構成によれば、そのような光吸収を防止できるため、レーザ発振時の内部損失(吸収損失)を大きく低減することが可能となる。
【００８３】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ装置においては、第１副構造体１１１と第２副構造体１１４との間の溝１１９(図２Ｅに示す)の領域に埋め込まれる絶縁物としてポリイミドを用いる構成としている。このように、第１副構造体１１１の側面、および第１副構造体１１１近傍の第１エッチング停止層１０８表面を大気等に露出させないことで、水分の吸着や自然酸化の進行が抑制され、半導体レーザ装置の信頼性が向上するという効果がある。
【００８４】
上記第１実施形態の半導体レーザ装置において、絶縁物として用いているポリイミドは、通常、屈折率が１.６〜１.８程度である。光分布のシミュレーションにより、第１副構造体１１１脇に埋め込まれる材料の屈折率が２.５程度までは、ほとんど光分布特性に影響しないことが分かった。また、屈折率１.６〜１.８の材料がリッジ部となる第１副構造体１１１と同程度の高さまで埋め込まれている際、その屈折率１.６〜１.８の材料の膜厚の変動も、光分布特性には、ほとんど影響しないことも分かった。そのため、この第１実施形態のような構成とすることで、ポリイミドの埋め込み工程のばらつきがほとんど素子特性に影響せず、製造上のトレランス(余裕)の大きい半導体レーザ装置を得ることができるようになる。
【００８５】
上記第１実施形態の半導体レーザ装置においては、ポリイミドに感光性が付加されたものを用いている。このことにより、ポリイミド膜を形成後、別途レジスト膜を用いた現像・露光・ポリイミドエッチングの工程を実施する必要が無くなり、製造工程が短縮されるとともに、歩留りが向上するという効果がある。
【００８６】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ装置においては、ポリイミドからなる絶縁物の一部が第１副構造体上の縁部と、第２副構造体上の縁部とに重なるように形成されている。このことによって、絶縁物上に設けられる導電体材料は段切れすることなく第１および第２副構造体間を接続できるようになり、製造歩留まりがより向上する。
【００８７】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ装置の製造方法においては、感光性ポリイミドとして、ポジ型の感光性を有するものを使用した。所望のパターンを露光する際、例えば、図２Ｄにおけるｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０がひさし状になっている部分の直下、ひさしの影となる領域に埋め込まれたポリイミドを露光することは困難であるが、ポジ型であれば、第１副構造体１１１の直上、および第２副構造体１１４の直上のみを露光すればよくなるためである。
【００８８】
また、このポリイミド材料のフォトリソグラフィ法によるパターニングの際、半導体レーザ装置の端面へき開を行う近傍領域については、ポリイミド材料を形成しないようなパターンを有するフォトマスクを用いることが好ましい。こうすれば、端面へき開時に、へき開面の無いポリイミド埋め込み部分を無理に分割することによるバリの発生と、それに伴う不良の発生を防止することができるようになる。
【００８９】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ装置の製造方法によれば、電流を注入したくない領域の第２導電型の半導体層上には電流遮断層１１３を残すことにより、選択的に電流注入ができると共に、導電体材料が半導体層上に形成される構成となるため、密着性がよく、導電体材料の剥離の問題が生じないので、製造歩留りを向上することができる。さらに、主構造体１１１上部に第１エッチング停止層１０８を有するため、第１副構造体１１１および第２副構造体１１４の形成が制御性よく実施でき、安定した素子特性が得られ易いという効果がある。
【００９０】
また、上記主構造体１１１を積層する工程から電流遮断層１１３を形成する工程までを大気中に暴露せず、同一成長室内において行うことによって、結晶成長工程において電流遮断層１１３が当初から一体に積層形成されているため、電流が流れてほしくない領域に別途、絶縁膜を形成する工程や、電流遮断層を後から再成長させる工程を行う必要が無くなる。これにより、製造コストの高い結晶再成長工程が不要となり、製造工程の短縮化を図ることができる。
【００９１】
さらに、この第１実施形態の半導体レーザ装置の製造方法においては、ポリイミドをその一部が第１副構造体１１１上の縁部および第２副構造体１１４上の縁部を覆うようにパターニングし、その後、焼成によるイミド化を実施した。焼成することにより、ポリイミドの角が丸まり、第１副構造体１１１と第２副構造体１１４との間の空隙をなだらかに埋め込むことができ、その上に形成する導電体材料の段切れが防止できる。さらに、埋め込まれたポリイミドと第１副構造体１１１および第２副構造体１１４の間に段差が無いことから、導電体材料を、段切れ防止のために必要以上の厚さにする必要が無くなり、蒸着により形成する導電体材料の節減が可能となる。この第１実施形態では、導電体材料はトータル２０００Åの厚さに形成しているが、段切れは発生していない。
【００９２】
もちろん、この第１実施形態のように、必ずしも溝１１９に絶縁物を埋め込む必要はない。図３にいわゆるエアブリッジの手法を用いて作製した第１実施形態の半導体レーザ装置の改変例を示す。
【００９３】
図３においては、導電体材料を形成する際に、後から除去可能なレジスト材料を溝１１９に埋め込み、その後、導電体材料形成後に容易にレジスト材料を除去できるように、所々に開口領域１２０を有する電極パターンを、リフトオフ法を用いて溝１１９上に形成する。続いて、溶剤などを用いて溝１１９内に埋め込まれたレジスト材料を除去することにより、図３に示すような半導体レーザ装置を得ることができる。
【００９４】
以上のように、上記第１実施形態の半導体レーザ装置およびその製造方法によれば、複数回の結晶成長工程を行う必要が無く、電極を形成する導電体材料の剥がれの問題も無い、低コストで歩留りよく製造できる半導体レーザ装置およびその製造方法が提供される。
【００９５】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明にかかる光ディスク装置２００の構造の一例を示したものである。これは光ディスク２０１にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするためのものであり、その際用いられる発光素子として、先に説明した本発明の第１実施形態の構成・製造方法を使用した７８０ｎｍ帯で発振する半導体レーザ素子２０２を備えている。
【００９６】
この光ディスク装置についてさらに詳しく説明する。書き込みの際は、半導体レーザ素子２０２から出射された信号光がコリメートレンズ２０３により平行光とされ、ビームスプリッタ２０４を透過し、λ／４偏光板２０５で偏光状態が調節された後、レーザ光照射用対物レンズ２０６で集光され光ディスク２０１に照射される。読み出し時には、データ信号が載っていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク２０１に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク２０１の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ２０６、λ／４偏光板２０５を経た後、ビームスプリッタ２０４で反射されて９０°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ２０７で集光され、信号検出用受光素子２０８に入射する。そして、信号検出用受光素子内で入射したレーザ光の強弱によって記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路２０９において元の信号に再生される。
【００９７】
この第２実施形態の光ディスク装置は、前述のように１回の結晶成長で作成でき、しかもワイヤーをボンディングしたときの電極剥がれの問題が無く、さらに、所望の光学特性を再現性良く得ることのできる半導体レーザ素子を使用しているため従来よりも低いコストで作成できる光ディスク装置を提供することができる。
【００９８】
なお、ここでは本発明の半導体レーザ素子を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長７８０ｎｍ帯を用いる光ディスク記録装置、光ディスク再生装置や、他の波長帯(例えば６５０ｎｍ帯)の光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。
【００９９】
〔第３実施形態〕
図５Ａは、本発明の第３実施形態における光伝送システムの光伝送モジュール３００を示す断面図である。また、図５Ｂは上記光伝送モジュールの光源の部分を示す斜視図である。この第３実施形態では、光源として第１実施形態で説明した発振波長８９０ｎｍのＩｎＧaＡs系半導体レーザ素子(レーザチップ３０１)を、また受光素子３０２としてシリコン(Ｓi)ｐｉｎフォトダイオードを用いている。詳しくは後述するが、通信を行う双方の側(例えば、端末とサーバ)にそれぞれ同じ光伝送モジュール３００を備えることにより、双方の光伝送モジュール３００間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。
【０１００】
図５Ａにおいて、回路基板３０６上には、半導体レーザ駆動用の正負両電極のパターンが形成され、図示のとおり、レーザチップを搭載する部分には深さ３００μmの凹部３０６ａが設けられている。この凹部３０６ａに、レーザチップ３０１を搭載したレーザマウント(マウント材)３１０をはんだで固定する。レーザマウント３１０の正電極３１２の平坦部３１３(図５Ｂに示す)は、回路基板３０６上のレーザ駆動用正電極部(図示せず)とワイヤー３０７ａによって電気的に接続される。凹部３０６ａはレーザ光の放射を妨げない程度の深さとなっており、また、面の粗さが放射角に影響を与えないようにされている。
【０１０１】
受光素子３０２は、やはり回路基板３０６に実装され、ワイヤー３０７ｂにより電気信号が取り出される。この他に、回路基板３０６上にレーザ駆動用／受信信号処理用ＩＣ回路３０８が実装されている。
【０１０２】
次いで、はんだで凹部３０６ａに固定されたレーザマウント３１０を搭載した部分に液状のシリコン樹脂３０９を適量滴下する。シリコン樹脂３０９は表面張力のために凹部３０６ａ内に留まり、レーザマウント３１０を覆い凹部３０６ａに固定する。この第３実施形態では、回路基板３０６上に凹部３０６ａを設け、レーザマウント３１０を実装したが、上述のように、シリコン樹脂３０９は表面張力のためにレーザチップ表面およびその近傍に留まるので、凹部は必ずしも設ける必要はない。
【０１０３】
この後、８０℃で約５分間加熱して、ゼリー状になるまで硬化させる。次いで、透明なエポキシ樹脂モールド３０３により被覆する。レーザチップの上面には、放射角制御のためのレンズ部３０４が、また、受光素子の上面には信号光を集光するためのレンズ部３０５がそれぞれ一体的にモールドレンズとして形成される。
【０１０４】
次に、レーザマウント３１０について、図５Ｂを用いて説明する。図５Ｂに示すように、Ｌ字型のヒートシンク３１１にレーザチップ３０１がＩｎ糊剤を用いてダイボンドされている。レーザチップ３０１は、上記第１実施形態で説明したＩｎＧaＡs系の半導体レーザ素子であり、そのレーザチップ下面３０１ｂには高反射膜がコーティングされており、一方、レーザチップ上面３０１ａには低反射膜がコーティングされている。これらの反射膜は、レーザチップ端面の保護も兼ねている。
【０１０５】
ヒートシンク３１１の基部３１１ｂには、ヒートシンク３１１と導通しないように絶縁物により正電極３１２が固着されている。この正電極３１２とレーザチップ３０１の表面のｐ側電極３０１ｃとは、金ワイヤー３０７ｃによって接続されている。上述のように、このレーザマウント３１０を、図５Ａの回路基板３０６の負電極(図示せず)にはんだ固定して、正電極３１２の上部の平坦部３１３と回路基板３０６の正電極部(図示せず)とをワイヤー３０７ａで接続する。このような配線の形成により、レーザビーム３１４を発振により得ることができる光伝送モジュール３００が完成する。
【０１０６】
この第３実施形態の光伝送モジュール３００は、前述のように１回の結晶成長で作成でき、しかもワイヤーをボンディングしたときの電極剥がれの問題が無く、さらに、所望の光学特性を再現性良く得ることができる半導体レーザ素子を使用しているため、モジュール作成のコストを従来に比べて低く抑えることができ、安価な光伝送システムを提供することができる。
【０１０７】
上述したように、通信を行う双方の側にそれぞれ同じ光伝送モジュール３００を備えることにより、双方の光伝送モジュール３００間で光信号を送受信する光伝送システムが構成される。図５Ｃは、この光伝送モジュール３００を用いた光伝送システムの構成例を示している。この光伝送システムは、部屋の天井に設置された基地局３１６に上記光伝送モジュール３００を備えるとともに、パーソナルコンピュータ３１５に上記と同じ光伝送モジュール(区別のために符号３００´で表す)を備えている。パーソナルコンピュータ３１５側の光伝送モジュール３００´の光源から情報を持って発した光信号は、基地局３１６側の光伝送モジュール３００の受光素子によって受信される。また、基地局３１６側の光伝送モジュール３００の光源から発した光信号は、パーソナルコンピュータ３１５側の光伝送モジュール３００´の受光素子によって受信される。このようにして、光(赤外線)によるデータ通信を実現することができる。
【０１０８】
尚、本発明の半導体装置、半導体レーザ装置、光伝送システムおよび光ディスク装置は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、たとえば井戸層・障壁層の層厚や層数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１０９】
また、上記第１実施形態では、半導体装置の一例としての半導体レーザ装置およびその製造方法について説明したが、半導体装置はこれに限らず、電界効果トランジスタ等の他の半導体装置にこの発明を適用してもよい。
【０１１０】
また、上記第１実施形態では、主構造体１００上に積層されたｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２上クラッド層１０９,ｐ型ＧaＡsコンタクト層１１０およびｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第２エッチング停止層１１２で第２導電型の半導体層群を構成したが、主構造体上に１つの第２導電型の半導体層が形成された半導体レーザ素子にこの発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】図１は本発明の第１実施形態にかかる半導体レーザ装置の断面模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは上記半導体レーザ装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは図２Ａに続く上記半導体レーザ装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは図２Ｂに続く上記半導体レーザ装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは図２Ｃに続く上記半導体レーザ装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは上記半導体レーザ装置の第１副構造体の幅と第１副構造体,第２副構造体間の距離について説明する模式図である。
【図３】図３は上記第１実施形態の半導体レーザ装置の改変例の斜視図である。
【図４】図４は本発明の第２実施形態にかかる光ディスク装置の模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは本発明の第３実施形態にかかる光伝送システムに使用される光モジュールを説明する模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは上記光伝送モジュールの光源部分を説明する斜視図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは上記光伝送システムを説明する模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは従来のリッジ導波型半導体レーザ装置の製造方法の一実施例を示す断面模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは図６Ａに続く上記リッジ導波型半導体レーザ装置の製造方法の一実施例を示す断面模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは図６Ｂに続く上記リッジ導波型半導体レーザ装置の製造方法の一実施例を示す断面模式図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは図６Ｃに続く上記リッジ導波型半導体レーザ装置の製造方法の一実施例を示す断面模式図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは図６Ｄに続く上記リッジ導波型半導体レーザ装置の製造方法の一実施例を示す断面模式図である。
【図７】図７はＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2＝２０：１溶液のエッチングレートの組成依存性を示した図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１００…主構造体
１０１…ｎ型ＧaＡs基板
１０２…ｎ型ＧaＡsバッファ層
１０３…ｎ型ＡlＧaＡs下クラッド層
１０４…ｎ型ＡlＧaＡs第１光ガイド層
１０５…多重量子井戸活性層
１０６…ｐ型ＡlＧaＡs第２光ガイド層
１０７…ｐ型ＡlＧaＡs第１上クラッド層
１０８…ｐ型ＧaＡs第１エッチング停止層
１０９…ｐ型ＡlＧaＡs第２上クラッド層
１１０…ｐ型ＧaＡsコンタクト層
１１１…第１副構造体
１１２…ｐ型ＡlＧaＡs第２エッチング停止層
１１３…ｎ型ＧaＡs電流遮断層
１１４…第２副構造体
１１５…ポリイミド
１１６…ｐ側電極
１１７…ｎ側電極
１１８…金属ワイヤー
１１９…溝
１２０…開口領域
２００…光ディスク装置
２０１…光ディスク
２０２…半導体レーザ素子
２０３…コリメートレンズ
２０４…ビームスプリッタ
２０５…λ／４偏光板
２０６…レーザ光照射用対物レンズ
２０７…受光素子用対物レンズ
２０８…信号検出用受光素子
２０９…信号光再生回路
３００、３００´…光伝送モジュール
３０１…レーザチップ
３０１ａ…レーザチップ上面
３０１ｂ…レーザチップ下面
３０１ｃ…ｐ側電極
３０２…受光素子
３０３…エポキシ樹脂モールド
３０４…レンズ部
３０５…レンズ部
３０６…回路基板
３０６ａ…凹部
３０７ａ…ワイヤー
３０７ｂ…ワイヤー
３０７c…ワイヤー
３０８…レーザ駆動用／受信信号処理用ＩＣ回路
３０９…シリコン樹脂
３１０…レーザマウント
３１１…ヒートシンク
３１１ｂ…基部
３１２…正電極
３１３…平坦部
３１４…レーザビーム
３１５…パーソナルコンピュータ
３１６…基地局
４０１…ｎ型ＧaＡs基板
４０２…ｎ型ＧaＡsバッファ層
４０３…ｎ型ＡlＧaＡs下側クラッド層
４０４…アンドープｎ型ＡlＧaＡs活性層
４０５…ｐ型ＡlＧaＡs第１上側クラッド層
４０６…ｐ型ＡlＧaＡs第２上側クラッド層
４０７…コンタクト層
４０８…レジスト膜
４０９…ＳiＯ2絶縁膜
４１０…ｐ側電極
４１１…ｎ側電極
【図１】
2005252229.tif 000003
【図２Ａ】
2005252229.tif 000004
【図２Ｂ】
2005252229.tif 000005
【図２Ｃ】
2005252229.tif 000006
【図２Ｄ】
2005252229.tif 000007
【図２Ｅ】
2005252229.tif 000008
【図３】
2005252229.tif 000009
【図４】
2005252229.tif 000010
【図５Ａ】
2005252229.tif 000011
【図５Ｂ】
2005252229.tif 000012
【図５Ｃ】
2005252229.tif 000013
【図６Ａ】
2005252229.tif 000014
【図６Ｂ】
2005252229.tif 000015
【図６Ｃ】
2005252229.tif 000016
【図６Ｄ】
2005252229.tif 000017
【図６Ｅ】
2005252229.tif 000018
【図７】
2005252229.tif 000019