(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光型半導体レーザ装置と光学部材を実装したモジュールであって、
前記面発光型半導体レーザ装置は、基板上に、少なくとも第１導電型の第１の半導体多層膜、活性領域、および第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第２導電型の第２の半導体多層膜を含む半導体層を有し、レーザ光を出射する発光部とパッド形成領域とが前記半導体層に形成された溝によって分離され、さらに前記パッド形成領域の外縁に、前記半導体層をエッチングした外周溝が形成されており、
前記パッド形成領域には、第２の半導体多層膜上に形成された絶縁膜を介して電極パッドが形成され、
前記電極パッドから離間し、かつ前記パッド形成領域から前記外周溝の側面を延在する金属膜が形成され、
前記金属膜は、第１の半導体多層膜と電気的に接続する第１のコンタクト部と第２の半導体多層膜と電気的に接続する第２のコンタクト部を含み、
前記金属膜の第２のコンタクト部は、前記パッド形成領域に形成された前記絶縁膜によって第２の半導体多層膜が露出された領域であり、
前記外周溝は、基板を切断するときのダイシング領域であり、
前記パッド形成領域の半導体層上には上方に突出した段差部が形成され、前記金属膜は、前記絶縁膜を介して前記段差部を覆い、前記金属膜は、前記発光部に形成された上部電極の位置よりも高く、
前記発光部の半導体層上には、前記上部電極と上部電極の露出部を覆う保護膜が形成され、前記段差部は、前記上部電極と同一の金属および前記保護膜と同一の膜との積層を含む、モジュール。
【請求項２】
前記上部電極は、環状電極であり、前記保護膜は、前記環状電極の露出部を覆う、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記金属膜は、前記電極パッドを取り囲むように前記パッド形成領域に形成されている、請求項１または２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記金属膜の第２のコンタクト部は、前記外周溝の側面に露出された第２の半導体多層膜の領域である、請求項１に記載のモジュール。
【請求項５】
前記金属膜の第１のコンタクト部は、前記外周溝の側面に露出された第１の半導体多層膜の領域である、請求項１に記載のモジュール。
【請求項６】
基板は第１の導電型を有し、前記外周溝は、基板に至る深さを有し、前記金属膜は、前記外周溝によって露出された基板まで延在する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項７】
前記金属膜は、Ａｕ、ＰｔまたはＴｉのいずれかを含む熱伝導性の高い金属材料から構成される、請求項１ないし６いずれか１つに記載のモジュール。
【請求項８】
前記第１および第２の半導体多層膜は、Ａｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体層から構成され、第２の半導体多層膜は、ＧａＡｓコンタクト層を含む、請求項１ないし７いずれか１つに記載のモジュール。
【請求項９】
前記発光部は、Ａｌを含む半導体層の一部が選択的に酸化された電流狭窄層を含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１０】
請求項１ないし９いずれか１つに記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を光媒体を介して送信する送信手段とを備えた、光送信装置。
【請求項１１】
請求項１ないし９いずれか１つに記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送装置。
【請求項１２】
請求項１ないし９いずれか１つに記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を送信する送信手段とを備えた、光送信システム。
【請求項１３】
請求項１ないし９いずれか１つに記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報処理あるいは高速光通信の光源として利用される面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信や光記録等の技術分野において、面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser：以下ＶＣＳＥＬと呼ぶ）への関心が高まっている。ＶＣＳＥＬは、しきい値電流が低く消費電力が小さい、円形の光スポットが容易に得られる、ウエハ状態での評価や光源の二次元アレイ化が可能であるといった、端面発光型半導体レーザにはない優れた特長を有する。これらの特長を生かし、通信分野における光源としての需要がとりわけ期待されている。
【０００３】
ＶＣＳＥＬの信頼性を向上させ、かつ動作寿命を改善させるため、ＶＣＳＥＬを外部の水分や湿気から保護する技術が幾つか開示されている。例えば、特許文献１は、基板上にメサエッチングを行い、２つのＬＥＤをつながったままの状態にし、エッチングにより露出されたＡｌ含有量の多い閉じ込め層を６００℃で５分間酸化させ、自然酸化膜パッシベーション膜を形成した後にシンギュレーションを行っている。
【０００４】
特許文献２は、ＶＣＳＥＬの表面から酸化された領域まで延びるエッチング加工された穴を、湿気浸透防護壁により覆うことで、穴に対する湿気の侵入を阻止している。この防護壁は、好ましくは３００ｎｍ以上の厚さを有する窒化珪素層を用いている。
【０００５】
特許文献３は、メサ状に加工が施され、メサ状の側面からＡｌを主成分としてなる半導体層を選択酸化して酸化狭窄構造が形成された半導体レーザにおいて、酸化狭窄構造が形成されたメサの最上面よりも高さが高い材料層が半導体基板上にさらに設けられている。これにより、応力による破損あるいは欠陥を防止する。
【０００６】
特許文献４は、チップ周囲の多層膜反射鏡を除去し、外周溝を形成し、外周溝によって露出されたパッド形成領域の側面および表面のすべての領域が絶縁膜によって覆われている。これにより、パッド形成領域表面のコンタクト層が外部からの水分や湿気の影響を受けることがなくなる。これにより、コンタクト層が変性または腐食し、それに伴いコンタクト層上の絶縁層が剥離したり、電極配線が断線することが防止される。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２０８８１1号
【特許文献２】特開２００３−２０４１１７号
【特許文献３】特開２００５−１９１２６０号
【特許文献４】特開２００７−１７３５１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＶＣＳＥＬは、ベアチップ状態で高温高湿下(８５℃、８５％など)で駆動すると、室温低湿度下で駆動した場合よりも寿命が短くなる傾向がある。その一因として、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層の変成による上部電極の断線に至る故障モードがある。このような故障を防止する方法として、特許文献４に示すように、パッド形成領域の側面および表面のすべての領域を絶縁膜により覆う構造がある。この構造は、ＧａＡｓコンタクト層を外部から保護しコンタクト層への水分の浸入を抑制するため、コンタクト層の変成を効果的に防止することができる。
【０００９】
しかしながら、ＶＣＳＥＬの表面の大部分が熱伝導性の低い絶縁層により覆われているため、ＶＣＳＥＬの発光部から発生する熱を効率よく外部に放熱することができなかった。この結果、ＶＣＳＥＬの温度上昇に伴い光出力の低下を招くことがあった。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、放熱性に優れ、光出力の低下を抑制する面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法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】
【００１１】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、基板上に、少なくとも第１導電型の第１の半導体多層膜、活性領域、および第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第２導電型の第２の半導体多層膜を含む半導体層が積層され、レーザ光を出射する発光部とパッド形成領域とが前記半導体層に形成された溝によって分離され、さらに前記パッド形成領域の外縁に、前記半導体層をエッチングした外周溝が形成されたものであって、前記パッド形成領域には、第２の半導体多層膜上に形成された絶縁膜を介して電極パッドが形成され、前記電極パッドから離間し、かつ前記パッド形成領域から前記外周溝の側面を延在する金属膜が形成される。
【００１２】
好ましくは前記金属膜は、第１の半導体多層膜と電気的に接続する第１のコンタクト部と第２の半導体多層膜と電気的に接続する第２のコンタクト部を含む。好ましくは前記パッド形成領域の半導体層上には上方に突出した段差部が形成され、前記金属膜は、前記絶縁膜を介して前記段差部を覆い、前記金属膜は、前記発光部に形成された上部電極の位置よりも高い。
【００１３】
発光部の半導体層上には、環状電極と環状電極の露出部を覆う保護膜が形成され、前記段差部は、前記環状電極と同一の金属および前記保護膜と同一の膜との積層を含むことができる。好ましくは、金属膜は、前記電極パッドを取り囲むように前記パッド形成領域に配置されている。
【００１４】
金属膜の第２のコンタクト部は、パッド形成領域に形成された前記絶縁膜によって第２の半導体多層膜が露出された領域であることができ、あるいは外周溝の側面に露出された第２の半導体多層膜の領域であることができる。また、金属膜の第１のコンタクト部は、前記外周溝の側面に露出された第１の半導体多層膜の領域であることができる。
【００１５】
好ましくは、基板は第１導電型を有し、前記外周溝は、基板に至る深さを有し、前記金属膜は、前記外周溝によって露出された基板まで延在する。金属膜は、例えばＡｕ、ＰｔまたはＴｉのいずれかを含む熱伝導性の高い金属材料から構成される。また、外周溝は、基板を切断するときのダイシング領域であることができる。好ましくは第１および第２の半導体多層膜は、Ａｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体層から構成され、第２の半導体多層膜は、ＧａＡｓコンタクト層を含む。好ましくは、発光部は、ポストまたはメサであり、Ａｌを含む半導体層の一部が選択的に酸化された電流狭窄層を含む。
【００１６】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、少なくとも第１導電型の第１の半導体多層膜、活性領域、および第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第２導電型の第２の半導体多層膜を含む半導体層を積層するステップと、前記半導体層をエッチングし、発光部とパッド形成領域とを規定する第１の溝を形成するステップと、前記半導体をエッチングし、前記パッド形成領域の外縁に少なくとも第１の半導体多層膜に至る深さの第２の溝を形成するステップと、第１の溝および第２の溝を含む前記半導体層上に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜をパターニングするステップと、前記パッド形成領域上に電極パッドを形成するとともに、前記電極パッドから離間されかつ前記第２の溝の側面を延在する金属膜を形成するステップとを含む。
【００１７】
好ましくは絶縁膜をパターニングするステップは、前記パッド形成領域上の絶縁膜の一部を除去し、第２の半導体多層膜を露出させるステップを含み、前記金属膜は、当該露出された第２の半導体多層膜に電気的に接続される。製造方法はさらに、前記パッド形成領域の前記半導体層上に上方に突出する段差部を形成するステップを含み、前記金属膜は、前記絶縁膜を介して前記段差部を覆うようにしてもよい。製造方法はさらに、発光部の半導体層上に環状電極と環状電極の露出部を覆う保護膜を形成するステップを含み、前記段差部は、前記環状電極と同一の金属および前記保護膜と同一の膜との積層であることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、パッド形成領域から外周溝の側面まで延在する金属膜を形成することで、発光部で発熱された熱を効率よく放熱させることできる。さらに、金属膜により第１の半導体層と第２の半導体層とを電気的に接続することで、外部から侵入した水分により外周溝の側面に電流が流れるのが抑制され、これは、半導体層の変成の防止に効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、複数のＶＣＳＥＬが形成されたウエハの平面図を示し、図２は本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。ウエハＷには、図１に示すように、複数のＶＣＳＥＬ１００が形成され、各ＶＣＳＥＬ１００は、スクライブライン（またはダイシング面）Ｓに沿ってスクライブ装置またはダイシング装置より矩形状に切断される。
【００２１】
ＶＣＳＥＬ１００は、図２および図３に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板１０２の裏面にｎ側の下部電極１５０を含み、さらに基板１０２上に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層１０４、ｎ型のＡｌＧａＡｓの半導体多層膜からなる下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ型反射鏡）１０６、活性領域１０８、ｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１１０、ｐ型のＡｌＧａＡｓの半導体多層膜からなる上部ＤＢＲ１１２、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を含む半導体層が積層されている。
【００２２】
基板上には、半導体層をエッチングして形成されたリング状の溝１１６が形成されている。溝１１６は、コンタクト層１１４から下部ＤＢＲ１０６の一部に到達する深さを有し、溝１１６により、レーザ光の発光部である円筒状のポストＰが規定されている。ポストＰは、下部ＤＢＲ１０６と上部ＤＢＲ１１２により共振器構造を形成し、これらの間に、活性領域１０８および電流狭窄層１１０を介在させている。電流狭窄層１１０は、ポストＰの側面において露出されたＡｌＡｓを選択的に酸化させた酸化領域と酸化領域によって包囲された導電性領域を含み、導電性領域内に電流および光の閉じ込めを行う。
【００２３】
基板上にはさらに、溝１１６によってポストＰと隔てられたパッド形成領域１１８が形成されている。パッド形成領域１１８は、ポストＰと同一の半導体層を含むものであり、パッド形成領域１１８の外縁には、ダイシング領域に対応する外周溝１４０が形成されている。外周溝１４０は、コンタクト層１１４から基板１０２の表面または基板１０２の一部にまで到達する深さを有している。外周溝１４０は、一定の幅を有し、この幅はダイシング装置のカーフ幅よりも大きく、基板１０２はダイシングＳで切断される。
【００２４】
溝１１６を覆う基板上面にパターニングされた層間絶縁膜１２０が形成されている。層間絶縁膜１２０は、ポストＰの頂部および側面、溝１１６、パッド形成領域１１８の側面および表面を覆っている。層間絶縁膜１２０は、公知のフォトリソ工程によりパターニングされ、ポストＰの頂部の層間絶縁膜１２０には、リング状のコンタクトホールが形成され、コンタクト層１１４を露出させている。
【００２５】
ポストＰの頂部には、層間絶縁膜１２０を介してｐ側の上部電極１３０が形成され、上部電極１３０は、コンタクトホールを介してコンタクト層１１４にオーミック接続されている。上部電極１３０の中央には、レーザ光の出射領域を規定する円形状の開口１３２が形成されている。開口１３２は、レーザ光の出射窓を規定し、出射窓は層間絶縁膜１２０によって塞がれ、ＧａＡｓコンタクト層１１４が外部に露出されないように保護されている。
【００２６】
パッド形成領域１１８には、外周溝１４０に隣接する外縁を除き、ほぼ全面に層間絶縁膜１２０が形成されている。層間絶縁膜１２０上には、図２に示すような円形状の電極パッド１３４が形成され、電極パッド１３４は、溝１１６を延在する電極配線１３６を介してｐ側の上部電極１３０に接続されている。
【００２７】
さらに、パッド形成領域１１８には、放熱用金属膜１３８が形成されている。放熱用金属膜１３８は、電極パッド１３４から離間し、電極パッド１３４を取り囲み、電極パッド１３４と電気的に絶縁されている。層間絶縁膜１２０は、上記したように外縁１２２においてコンタクト層１１４を露出するようにパターニングされており、放熱用金属膜１３８は、外縁１２２においてコンタクト層１１４とオーミック接続される。放熱用金属膜１３８はさらに、外縁１２２を超えて外周溝１４０の側面を延び、外周溝１４０によって露出された基板１０２の底面１０２ａまで延在する。放熱用金属膜１３８は、外周溝１４０の側面に露出されたｐ型の上部ＤＢＲ１１２、ｎ型の下部ＤＢＲ１０６およびｎ型の基板１０２を電気的に結合させ、それらを同電位にする。なお、基板１０２の底面１０２ａは、ダイシングされる領域に用いられる。
【００２８】
好ましくは、放熱用金属膜１３８は、上部電極１３０や電極パッド１３４を形成するときに同時に形成される。放熱用金属膜１３８は、好ましくは、熱伝導性が高い金属材料から構成される。仮に、放熱用金属膜１３８を上部電極１３０および電極パッド１３４と同時に形成する場合には、金やチタン、またはこれらの積層金属から構成される。
【００２９】
ＶＣＳＥＬ１００は、ｐ側の上部電極１３０およびｎ側の下部電極１５０に順方向バイアス電圧が印加し、バイアス電流がしきい値を超えると発振し、上部電極１３０の開口１３２から基板１０２とほぼ垂直方向にレーザ光が出射される。レーザ光の発振によりポストＰにおいて熱が発生するが、この熱は、半導体層や基板等を介して外部に放熱される。本実施例の場合、パッド形成領域１１８の表面のかなりの面積に放熱用金属膜１３８が形成されているため、効率よく放熱が行われる。さらに、放熱用金属膜１３８を外周溝１４０の側面の半導体層および基板１０２の底面１０２ａに熱的に結合させることで、放熱特性が促進される。さらに、外周溝１４０の側面、すなわちパッド形成領域１１８の側面は、放熱用金属膜１３８により覆われるため、直接的な外気から保護される。また、放熱用金属膜１３８は、ｐ型のコンタクト層１１４から基板１０２に至る外周溝の側面に電位差を生じさせないため、コンタクト層１１４と基板１０２間に流れる電流による電気的化学反応によるコンタクト層等の腐食や、それに伴う層間絶縁膜の密着性の低下による剥離、電極パッド等の金属層の断線を抑制することができる。
【００３０】
このように本実施例によれば、外周溝１４０によって露出されたパッド形成領域１１８の側面およびその表面を放熱用金属膜１３８により覆い、エピタキシャル成長されたＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓを露出することなく、同時に、効率よく放熱を行うことが可能となる。このため、特に、高温高湿の環境下において、高い信頼性をもってＶＣＳＥＬを駆動することができる。
【００３１】
なお、基板１０２は、ダイシング面Ｓにより露出されるが、基板１０２は、エピタキシャル成長された半導体層と比較して耐湿性が高いため、必ずしも金属膜により保護する必要はない。また、上記実施例では、外周溝１４０を基板に至る深さとしたが、外周溝１４０は、下部ＤＢＲ１０６に到達する深さであってもよい。この場合、ポストＰを形成する溝１１６と同時に形成することができる。さらに、上記実施例では、単一のポストＰからレーザ光を出射する、シングルスポットのＶＣＳＥＬ１００の例を示したが、複数のポストＰを配列しそこからレーザ光を出射する、マルチスポットのＶＣＳＥＬアレイであっても良い。
【００３２】
図４は、マルチスポットタイプのＶＣＳＥＬを示している。ＶＣＳＥＬ１００ａは、基板１０２上は、４つのポストＰを直線状に配置している。各ポストＰは、溝１１６によって取り囲まれている。溝１１６より隔てられたパッド形成領域１１８には、ポストＰの上部電極１３０に接続された配線電極１３６と電極パッド１３４が形成されている。パッド形成領域１１８の外縁には、４つのポストＰ、配線電極１３６、および電極パッド１３４を取り囲むように矩形状の外周溝１４０が形成されている。外周溝１４０に隣接する外縁１２２ａは、コンタクト層１１４が露出される。放熱用金属膜１３８は、それぞれの電極パッド１３４から離間され、電極パッド１３４およびポストＰを取り囲むようにパッド形成領域１１８の表面を覆い、さらに外周溝１４０の側面にまで延びている。なお、アレイ上に形成されるポストの数は、４つに限るものではなく、さらにはポストが２次状に配列されたアレイであってもよい。
【００３３】
次に、本発明の第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法について図５ないし図７を参照して説明する。先ず、図５（ａ）に示すように、有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法により、ｎ型がＧａＡｓ基板１０２上に、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、膜厚０．２μｍ程度のｎ型ＧａＡｓバッファ層１０４を積層し、その上に、Ａｌ0．9Ｇａ0．1ＡｓとＡｌ0．3Ｇａ0．7Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に４０．５周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3で総膜厚が約４μｍとなる下部ｎ型ＤＢＲ１０６、アンドープ下部Ａｌ0．5Ｇａ0．5Ａｓスぺーサー層とアンドープ量子井戸活性層(膜厚９０ｎｍ、Ａｌ0．11Ｇａ0．89Ａｓ量子井戸層３層と膜厚５０ｎｍ、Ａｌ0．3Ｇａ0．7Ａｓ障壁層４層とで構成されている)とアンドープ上部Ａｌ0．5Ｇａ0．5Ａｓスぺーサー層とで構成された膜厚が媒質内波長となる活性領域１０８、ｐ型のＡｌＡｓ層１１０、その上にＡｌ0．9Ｇａ0．1ＡｓとＡｌ0．3Ｇａ0．7Ａｓとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の１／４となるように交互に３０周期積層したキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、総膜厚が約２μｍとなる上部ｐ型ＤＢＲ１１２、キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3となる膜厚１０ｎｍ程のｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を順次積層する。
【００３４】
原料ガスとしては、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アルシン、ドーパント材料としてはｐ型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、ｎ型用にシランを用い、成長時の基板温度は７５０℃とし、真空を破ることなく、原料ガスを順次変化し、連続して成膜を行った。また、詳しくは述べないが、ＤＢＲの電気的抵抗を下げるために、Ａｌ0．9Ｇａ0．1ＡｓとＡｌ0．3Ｇａ0．7Ａｓの界面にＡｌ組成を９０％から３０％に段階的に変化させた膜厚が９ｎｍ程度の領域を設けることも可能である。
【００３５】
次に、図５（ｂ）に示すように、フォトリソ工程により結晶成長層上にレジストマスクＲを形成し、塩素あるいは塩素および三塩化ホウ素をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングにより下部ＤＢＲ１０６の途中までエッチングし、図５（ｃ）に示すように、環状の溝１１６を形成する。これにより、１０〜３０μｍ程度の径の円柱もしくは角柱の半導体柱（ポスト）Ｐと、その周囲にパッド形成領域１１８を形成する。
【００３６】
レジストＲを除去した後、図６（ｄ）に示すように、フォトリソ工程によりレジストマスクＲを形成し、塩素あるいは塩素および三塩化ホウ素をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング、あるいは硫酸および過酸化水素水をエッチャントとして、パッド形成領域１１８の外縁に外周溝１４０を形成する。外周溝１４０は、基板１０２にまで達し、基板１０２の一部がダイシング領域１０２ａとして露出される。
【００３７】
次に、図６（ｅ）に示すように、レジストマスクＲを除去した後、例えば３４０℃の水蒸気雰囲気に基板を一定時間晒し、酸化処理を行う。電流狭窄層１１０を構成するＡｌＡｓ層は、同じくその一部を構成するＡｌ0．9Ｇａ0．1Ａｓ層やＡｌ0．3Ｇａ0．7Ａｓ層と比べ著しく酸化速度が速いため、ポストＰの側面からポスト形状を反映した酸化領域１１０ａが形成され、酸化されずに残った非酸化領域が電流注入領域あるいは導電領域となる。
【００３８】
次に、図６（ｆ）に示すように、プラズマＣＶＤ装置を用いて、溝１１６および外周溝１４０を含む基板全面にＳｉＮからなる層間絶縁膜１２０を蒸着する。その後、図７（ｇ）に示すように、通常のフォトリソ工程と六フッ化硫黄をエッチングガスを用いて層間絶縁膜１２０をエッチングし、ポストＰの頂部の層間絶縁膜１２０にリング状のコンタクトホール１２０ａを形成し、さらにパッド形成領域１１８の外縁１２２から外周溝１４０の層間絶縁膜１２０を除去し、コンタクト層１１４の一部を露出させる。
【００３９】
次に、フォトリソ工程を用いてポストＰの頂部およびパッド形成領域１１８にレジストパターンを形成し、その上方からＥＢ蒸着機を用いて、ｐ側電極材料としてＡｕまたはＴｉを基板全面に１００〜１０００ｎｍ、望ましくは６００ｎｍ蒸着する。次に、リフトオフ工程によりレジストパターンが剥離され、この時、レジストパターン上のＡｕが取り除かれ、図７（ｈ）に示すように、上部電極１３０、電極パッド１３４、配線電極１３６および放熱用金属膜１３８が形成される。蒸着されるｐ側電極材料は、ピンホールを減少させるために、２層以上積層することが望ましい。
【００４０】
上部電極１３０の開口１３２は、電流狭窄層１１０の開口と整合し、ポストＰの中央からレーザ光を出射させる。開口１３２の出射口径は３〜２０μｍぐらいが好ましい。放熱用金属膜１３８は、ｐ側電極材料により電極パッド１３４を取り囲むように形成され、外周溝１４０の側壁を通りダイシング領域１０２ａと接触し、電気的に接続される。放熱用金属膜１３８は、望ましくは１．２μｍ以上の厚さに蒸着する。また、基板１０２の裏面には、ｎ側電極としてＡｕ／Ｇｅが蒸着される。
【００４１】
その後、アニール温度２５０℃〜５００℃、望ましくは３００℃〜４００℃で１０分間アニールを行う。尚、アニール時間は１０分に限定されるわけではなく、０〜３０分の間であればよい。また、蒸着方法としてＥＢ蒸着機に限定されるものではなく、抵抗加熱法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、ＣＶＤ法を用いてもよい。また、アニール方法として通常の電気炉を用いた熱アニールに限定されるものではなく、赤外線によるフラッシュアニールやレーザアニール、高周波加熱、電子ビームによるアニール、ランプ加熱によるアニールにより、同等の効果を得ることも可能である。
【００４２】
最後に、基板のダイシング面Ｓすなわち露出領域１０２ａに沿って基板が切断され、個々のＶＣＳＥＬチップ１００を得ることができる。なお、上記製造方法は、好ましい一例であって、必ずしもこれに限定されるものではない。電流狭窄層の酸化工程は、外周溝１４０の形成後に行うようにしたが、これに限らず、溝１１６の形成後であって外周溝１４０の形成前に行うようにしてもよい。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例に係るＶＣＳＥＬは、パッド形成領域の放熱用金属膜の高さを、ポストＰの上部電極よりも高くし、ポストＰの発光部を外部の衝撃や接触から保護する。
【００４４】
図８は、本発明の第２の実施例に係るＶＣＳＥＬのＡ−Ａ線断面図である。ＶＣＳＥＬ２００は、第１の実施例と同様に、基板上にポストＰとパッド形成領域１１８とを含む。ポストＰの頂部において、コンタクト層１１４上には、環状の電極２１０と環状の電極２１０により露出されたコンタクト層１１４を覆う保護膜２２０が形成されている。環状の電極２１０は、電流狭窄層１１０の開口と整合し、レーザ光を出射させる。ポストＰの頂部において、層間絶縁膜１２０には円形のコンタクトホールが形成され、環状の電極２１０および保護膜２２０が露出され、コンタクトホールを介してｐ側の上部電極２３０が環状の電極２１０に接続されている。
【００４５】
他方、パッド形成領域１１８のコンタクト層１１４上には、環状の電極２１０と同時に形成された金属膜２１０ａが形成される。金属膜２１０ａの形状や大きさには特に制限はない。金属膜２１０ａ上には、保護膜２２０と同時に形成された保護膜２２０ａが形成される。好ましくは、保護膜２２０ａは、金属膜２１０ａの全面を完全に覆う。但し、保護膜２２０ａは、金属膜２１０ａの一部を覆うように積層されても良い。こうして、コンタクト層１１４上には、金属膜２１０ａと保護膜２２０ａの積層により段差部２４０が形成され、段差部２４０を覆うように層間絶縁膜２５０が形成される。層間絶縁膜２５０は、電極パッド１３４とコンタクト層１１４を絶縁するための第１の領域２５２と、段差部２４０を覆いその上に放熱用金属膜２６０を形成するための第２の領域２５４とを含む。第２の領域２５４の一方の端部は、第１の領域２５２から一定の距離だけ離間され、他方の端部は外周溝１４０に整合するように終端している。
【００４６】
第１の領域２５２と第２の領域２５４の間のコンタクト領域２５６は、コンタクト層１１４を露出する。放熱用金属膜２６０は、段差部２４０を覆うように第２の領域２５４上に形成され、コンタクト領域２５６においてコンタクト層１１４にオーミック接続される。放熱用金属膜２６０はさらに、外周溝１４０の側面を通り、基板１０２の底部１０２ａまで延在する。
【００４７】
このように、ポストＰに形成される環状の電極２１０と保護膜２２０を利用することで、製造工程を増加することなく、パッド形成領域１１８上に段差部２４０を形成し、パッド形成領域の最上位面をポストＰのそれよりも高くすることができる。また、環状の電極２１０および保護膜２２０の膜厚を調整することで、段差部２４０の高さを容易に可変することができる。
【００４８】
次に、第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法について図９ないし図１１を参照して説明する。先ず、第１の実施例と同様に、図５（ａ）に示すように有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法により、ｎ型のＧａＡｓ基板１０２上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０４を積層し、その上に、下部ｎ型ＤＢＲ１０６、活性領域１０８、ｐ型のＡｌＡｓ層１１０、その上に、上部ｐ型ＤＢＲ１１２、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を順次積層する。
【００４９】
次に、図９（ａ）に示すように、フォトリソ工程により結晶成長層上にレジストパターンを形成し、さらにレジストＲを含む基板全面にｐ側電極材料としてＡｕまたはＴｉの金属膜２１０を蒸着する。次に、リフトオフ法によりレジストパターンを除去し、図９（ｂ）に示すように、コンタクト層１１４に環状またはリング状のｐ側電極２１０と、金属膜２１０ａが形成される。Ｐ側電極としては、Ti/Au、Ti/Pt/Auなどが使用できる。金属膜２１０ａは、パッド形成領域１１８の外周部となる位置に形成され、本例では、金属膜２１０ａは、ポストＰの両側にそれぞれ形成される。環状の電極２１０の中央の開口は、レーザ光を出射するための出射窓となる。
【００５０】
続いて、出射口の保護膜２２０であるＳｉＯｎ膜をプラズマＣＶＤ、スパッタリング法などで着膜し、環状の電極２１０の内側とチップ周辺部を除いて、エッチングにより除去する。こうして、図９（ｃ）に示すように、ポストＰの頂部に、環状の電極２１０とその開口を覆う保護膜２２０が形成され、パッド形成領域には、電極膜２１０ａを完全に覆う保護膜２２０ａが積層され、コンタクト層１１４上に上方に突出した段差部２４０が形成される。
【００５１】
次に、図５（ｂ）から図６（ｆ）に示す第１の実施例と同一の工程により、環状の溝１１６、パッド形成領域１１８の外縁の外周溝１４０、および電流狭窄層１１０を構成するＡｌＡｓ層に酸化領域１１０ａが形成され、続いて、図１０（ｄ）に示すように、溝１１６および外周溝１４０を含む基板全面にＳｉＮからなる層間絶縁膜２５０が蒸着される。
【００５２】
その後、図１０（ｅ）に示すように、通常のフォトリソ工程と六フッ化硫黄をエッチングガスを用いて層間絶縁膜２５０をエッチングし、ポストＰの頂部の層間絶縁膜２５０に円形状のコンタクトホール２５０ａが形成され、環状の電極２１０の一部と、保護膜２２０が露出される。同時にパット形成領域１１８において、層間絶縁膜２５０の第１の領域２５２と第２の領域２５４の間にコンタクトホール２５６が形成され、コンタクト層１１４が露出される。
【００５３】
次に、フォトリソ工程を用いてポストＰの頂部およびパッド形成領域１１８にレジストパターンを形成し、引き続きｐ側電極材料としてＡｕまたはＴｉを基板全面に１００〜１０００ｎｍ、望ましくは６００ｎｍ蒸着する。次に、リフトオフによりレジストパターンを除去し、図１０（ｆ）に示すように、上部電極２３０、電極パッド１３４、配線電極１３６および放熱用金属膜２６０が形成される。基板１０２の裏面には、ｎ側電極としてＡｕ／Ｇｅが蒸着される。
【００５４】
第１の実施例と同様に、外周溝１４０の側壁には、放熱用金属膜２６０が形成される。放熱用金属膜２６０は、コンタクトホール２５６を介してｐ型のコンタクト層１１４に電気的に接続されるとともに、ｎ型の基板のダイシング領域１０２ａと電気的に接続される。これにより、外周溝１４０の側壁に不所望な電流経路が形成されるのが抑制され、水分や湿気等によるＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ層の変成を防止し、それに伴う層間絶縁膜の剥離、金属膜の断線の故障を防止する。
【００５５】
次に、本実施例のＶＣＳＥＬを利用したモジュール、光送信装置、空間伝送システム、光伝送装置等について図面を参照して説明する。図１１Ａは、ＶＣＳＥＬを実装したパッケージ（モジュール）の構成を示す断面図である。パッケージ３００は、ＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を、導電性接着剤３２０を介して円盤状の金属ステム３３０上に固定する。導電性のリード３４０、３４２は、ステム３３０に形成された貫通孔（図示省略）内に挿入され、一方のリード３４０は、ＶＣＳＥＬのｎ側電極に電気的に接続され、他方のリード３４２は、ｐ側電極に電気的に接続される。
【００５６】
チップ３１０を含むステム３３０上に矩形状の中空のキャップ３５０が固定され、キャップ３５０の中央の開口３５２内にボールレンズ３６０が固定されている。ボールレンズ３６０の光軸は、チップ３１０のほぼ中心と一致するように位置決めされる。リード３４０、３４２間に順方向の電圧が印加されると、チップ３１０から垂直方向にレーザ光が出射される。チップ３１０とボールレンズ３６０との距離は、チップ３１０からのレーザ光の広がり角θ内にボールレンズ３６０が含まれるように調整される。また、キャップ内に、ＶＣＳＥＬの発光状態をモニターするための受光素子や温度センサを含ませるようにしてもよい。
【００５７】
図１１Ｂは、他のパッケージの構成を示す図であり、同図に示すパッケージ３０２は、ボールレンズ３６０を用いる代わりに、キャップ３５０の中央の開口３５２内に平板ガラス３６２を固定している。平板ガラス３６２の中心は、チップ３１０のほぼ中心と一致するように位置決めされる。チップ３１０と平板ガラス３６２との距離は、平板ガラス３６２の開口径がチップ３１０からのレーザ光の広がり角度θ以上になるように調整される。
【００５８】
図１２は、ＶＣＳＥＬを光源として適用した例を示す図である。光源装置３７０は、図１１Ａまたは図１１ＢのようにＶＣＳＥＬを実装したパッケージ３００、パッケージ３００からのマルチビームのレーザ光を入射するコリメータレンズ３７２、一定の速度で回転し、コリメータレンズ３７２からの光線束を一定の広がり角で反射するポリゴンミラー３７４、ポリゴンミラー３７４からのレーザ光を入射し反射ミラー３７８を照射するｆθレンズ３７６、ライン状の反射ミラー３７８、反射ミラー３７８からの反射光に基づき潜像を形成する感光体ドラム３８０を備えている。このように、ＶＣＳＥＬからのレーザ光を感光体ドラム上に集光する光学系と、集光されたレーザ光を光体ドラム上で走査する機構とを備えた複写機やプリンタなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。
【００５９】
図１３は、図１１Ａに示すモジュールを光送信装置に適用したときの構成を示す断面図である。光送信装置４００は、ステム３３０に固定された円筒状の筐体４１０、筐体４１０の端面に一体に形成されたスリーブ４２０、スリーブ４２０の開口４２２内に保持されるフェルール４３０、およびフェルール４３０によって保持される光ファイバ４４０を含んで構成される。ステム３３０の円周方向に形成されたフランジ３３２には、筐体４１０の端部が固定される。フェルール４３０は、スリーブ４２０の開口４２２に正確に位置決めされ、光ファイバ４４０の光軸がボールレンズ３６０の光軸に整合される。フェルール４３０の貫通孔４３２内に光ファイバ４４０の芯線が保持されている。
【００６０】
チップ３１０の表面から出射されたレーザ光は、ボールレンズ３６０によって集光され、集光された光は、光ファイバ４４０の芯線に入射され、送信される。上記例ではボールレンズ３６０を用いているが、これ以外にも両凸レンズや平凸レンズ等の他のレンズを用いることができる。さらに、光送信装置４００は、リード３４０、３４２に電気信号を印加するための駆動回路を含むものであってもよい。さらに、光送信装置４００は、光ファイバ４４０を介して光信号を受信するための受信機能を含むものであってもよい。
【００６１】
図１４は、図１３に示すモジュールを空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。空間伝送システム５００は、パッケージ３００と、集光レンズ５１０と、拡散板５２０と、反射ミラー５３０とを含んでいる。集光レンズ５１０によって集光された光は、反射ミラー５３０の開口５３２を介して拡散板５２０で反射され、その反射光が反射ミラー５３０へ向けて反射される。反射ミラー５３０は、その反射光を所定の方向へ向けて反射させ、光伝送を行う。
【００６２】
図１５Ａは、ＶＣＳＥＬを光源に利用した光伝送システムの一構成例を示す図である。光伝送システム６００は、ＶＣＳＥＬが形成されたチップ３１０を含む光源６１０と、光源６１０から放出されたレーザ光の集光などを行う光学系６２０と、光学系６２０から出力されたレーザ光を受光する受光部６３０と、光源６１０の駆動を制御する制御部６４０とを有する。制御部６４０は、ＶＣＳＥＬを駆動するための駆動パルス信号を光源６１０に供給する。光源６１０から放出された光は、光学系６２０を介し、光ファイバや空間伝送用の反射ミラーなどにより受光部６３０へ伝送される。受光部６３０は、受光した光をフォトディテクターなどによって検出する。受光部６３０は、制御信号６５０により制御部６４０の動作（例えば光伝送の開始タイミング）を制御することができる。
【００６３】
図１５Ｂは、光伝送システムに利用される光伝送装置の概観構成を示す図である。光伝送装置７００は、ケース７１０、光信号送信／受信コネクタ接合部７２０、発光／受光素子７３０、電気信号ケーブル接合部７４０、電源入力部７５０、動作中を示すＬＥＤ７６０、異常発生を示すＬＥＤ７７０、ＤＶＩコネクタ７８０を含み、内部に送信回路基板／受信回路基板を有している。
【００６４】
光伝送装置７００を用いた映像伝送システムを図１６に示す。映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０で発生された映像信号を、液晶ディスプレイなどの画像表示装置８２０に伝送するため、図１５Ｂに示す光伝送装置を利用している。すなわち、映像伝送システム８００は、映像信号発生装置８１０、画像表示装置８２０、ＤＶＩ用電気ケーブル８３０、送信モジュール８４０、受信モジュール８５０、映像信号伝送光信号用コネクタ８６０、光ファイバ８７０、制御信号用電気ケーブルコネクタ８８０、電源アダプタ８９０、ＤＶＩ用電気ケーブル９００を含んでいる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、光情報処理や光高速データ通信の分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】ＶＣＳＥＬが形成されたウエハを示す図である。
【図２】第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線線断面図である。
【図４】マルチスポットのＶＣＳＥＬアレイを示す図である。
【図５】第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。
【図６】第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。
【図７】第１の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。
【図８】第２の実施例に係るＶＣＳＥＬのＡ−Ａ断面図である。
【図９】第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。
【図１０】第２の実施例に係るＶＣＳＥＬの製造方法を説明する工程断面図である。
【図１１】本実施例に係るＶＣＳＥＬに光学部品を実装したモジュールの構成を示す概略断面図である。
【図１２】ＶＣＳＥＬを使用した光源装置の構成例を示す図である。
【図１３】図１１に示すモジュールを用いた光送信装置の構成を示す概略断面図である。
【図１４】図１１に示すモジュールを空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。
【図１５】図１５Ａは、光伝送システムの構成を示すブロック図、図１５Ｂは、光伝送装置の外観構成を示す図である。
【図１６】図１５Ｂの光伝送装置を利用した映像伝送システムを示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００：ＶＣＳＥＬ                    １０２：基板
１０４：バッファ層                    １０６：下部ＤＢＲ
１０８：活性領域                      １１０：電流狭窄層
１１２：上部ＤＢＲ                    １１４：コンタクト層
１１６：溝                            １１８：パッド形成流域
１２０：層間絶縁膜                    １２２：外縁
１３０：ｐ側上部電極                  １３２：開口
１３４：電極パッド                    １３６：配線電極
１３８：放熱用金属膜                  １４０：外周溝
１５０：ｎ側下部電極                  ２１０：環状の電極
２１０ａ：金属膜                      ２２０、２２０ａ：保護膜
２３０：ｐ側上部電極                  ２４０：段差部
２５０：層間絶縁膜                    ２６０：放熱用金属膜
Ｐ：ポスト                            Ｓ：ダイシング面
【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】
0005151317.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005151317.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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