(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストライプ状の発光部と、前記発光部から所定の距離離れた位置に設けられ、前記発光部に平行なストライプ状のＶ溝を有し、該Ｖ溝を含む表面に金属膜が形成されており、前記金属膜は、前記Ｖ溝上の部分における厚さが該Ｖ溝の周辺部分における厚さよりも薄いことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
ストライプ状の発光部と、前記発光部から所定の距離離れた位置に設けられ、前記発光部に平行なストライプ状のＶ溝を有し、該Ｖ溝を含む表面に金属膜が形成されている半導体レーザ素子を、ストライプ状の位置合わせ用マーカーを有する実装基板上に実装する半導体レーザ素子の実装方法であって、実装基板の位置合わせ用マーカーは、実装基板表面のパターン化した金属膜で囲まれたストライプ状部で、前記Ｖ溝よりも広い幅を有し、前記半導体レーザ素子のＶ溝を有する面と、実装基板上の位置合わせ用マーカーを有する面を対向させ、実装基板の裏面から実装基板を透過する光を入射させ、半導体レーザ素子のＶ溝を有する面の反射光量の差を利用して、Ｖ溝と位置合わせ用マーカーを位置合わせすることを特徴とする半導体レーザ素子の実装方法。
【請求項３】
実装基板の位置合わせ用マーカーは、実装基板表面のパターン化した金属膜で囲まれた前記ストライプ状部と、表面に前記金属膜が形成されたＶ溝からなることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子の実装方法。
【請求項４】
実装基板の位置合わせ用マーカーは、実装基板表面のパターン化した金属膜で囲まれた前記ストライプ状部とＶ溝からなることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非発光状態で精密に実装可能な半導体レーザ素子とその実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ素子( 以下、ＬＤと称す) からの出射光を光導波路、例えば光ファイバと光学結合させる際に必要とされる位置合わせ精度は、光軸に直交する方向で±1 μm 程度である。この精度を確保するために、従来は図６に示すように、ＬＤ101 を発光面101aが実装基板103 面に垂直になるように実装基板103 上に実装させた後に発振させ、光ファイバ102 からの出力をモニタしながら、光ファイバ102 の位置合わせを行い、所望の光出力の得られる位置で光ファイバ102 を固定する方法（アクティブアライメント方式）がとられてきた。
【０００３】
ところで今後、光モジュールの需要が拡大することが予想されており、光モジュールの低コスト化及び大量生産化が要求されてきている。その際のＬＤの実装方式としては、ＬＤを発振させずに精密位置合わせを行うパッシブアライメント方式が有効と考えられており、各方面でその開発が進められている。
従来のパッシブアライメント方式としては、例えば図７に示すように、ＬＤ101 の発光面101aを下向きにして、発光面101aと実装基板103 の表面に加工したそれぞれのアライメントのためのマーカー104,105 を、実装基板103 及びＬＤ101 を形成する材質をともに透過する波長の光106 を用いて観察し、ＬＤ101 と実装基板103 の位置合わせを行う方法が一般的である。実装基板103 は加工性、コストの点から主にSiが多く用いられており、透過光として使用される光は波長1.1 μｍ以上の赤外線である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
パッシブアライメント方式でＬＤを高精度で実装するためには、ＬＤ及び実装基板上のアライメントのためのマーカーがサブミクロンの位置精度で加工されていることが必要である。従来のＬＤ上のマーカーは、半導体基板上に積層された半導体層表面上にフォトマスクを位置合わせして、発光部に対してマーカーを形成すべき位置にフォトレジスト膜を形成し、その上に電極パターンを形成した後、電極パターンのリフトオフによって、電極パターンが除かれた部分（フォトレジスト膜の存在していたところ）をマーカーとしたものであった。
しかしながら、この方法ではフォトマスクをＬＤ表面に位置合わせする際の精度に限界があるため、マーカーを発光部に対して精密に位置決めすることが困難であった。また、矩形のマーカーを用い、ＬＤの素子長に比してマーカー長が短い場合には、ＬＤの光軸に対する実装基板の設定角度の精度が低下するという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、請求項１記載の発明は、ストライプ状の発光部と、前記発光部から所定の距離離れた位置に設けられ、前記発光部に平行なストライプ状のＶ溝を有し、該Ｖ溝を含む表面に金属膜が形成されていることを特徴とするＬＤである。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、ストライプ状の発光部と、前記発光部から所定の距離離れた位置に設けられ、前記発光部に平行なストライプ状のＶ溝を有し、該Ｖ溝を含む表面に金属膜が形成されているＬＤを、ストライプ状の位置合わせ用マーカーを有する実装基板上に実装するＬＤの実装方法であって、実装基板の位置合わせ用マーカーは、実装基板表面のパターン化した金属膜で囲まれたストライプ状部で、前記Ｖ溝よりも広い幅を有し、前記ＬＤのＶ溝を有する面と、実装基板上の位置合わせ用マーカーを有する面を対向させ、実装基板の裏面から実装基板を透過する光を入射させ、ＬＤのＶ溝を有する面の反射光量の差を利用して、Ｖ溝と位置合わせ用マーカーを位置合わせすることを特徴とするものである。
上述のように、本発明はＬＤのＶ溝を有する面の反射光量の差を利用するので、溝の形状は厳密にＶ字状である必要はなく、反射光量の差を生ずるような形状であればよい。
【０００７】
請求項１記載のＬＤの表面の金属膜に垂直に光を当てた場合、光はＶ溝部では側壁に斜めに当たり、ＬＤの表面に垂直な方向への反射光量が他の部分よりも低下して、等価的に反射率が他の部分よりも低下する。従って、ＬＤ表面に明暗のコントラストがつき、Ｖ溝部分が相対的に暗くなるので、Ｖ溝の位置を認識することができる。
なお、ストライプ状の発光部から所定の距離離れた位置に精度よく、前記発光部に平行なストライプ状のＶ溝が形成されたＬＤは、既出願の発明により実現可能である（特願平5-212337号参照）。即ち、活性層をストライプ状に形成して発光部を形成する際に、同時に所定の間隔で前記活性層をストライプ状に形成して非発光部となるストライプ状活性層を設け、非発光部となるストライプ状活性層部分以外を活性層よりも屈折率の低い半導体層で埋め込み、非発光部となるストライプ状活性層部分上部にストライプ状のＶ溝を設ける。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のＬＤの上述の特徴を利用したものである。即ち、実装基板の裏面から実装基板を透過する光を入射させると、光は実装基板の位置合わせ用マーカーの部分を透過して、ＬＤの表面に入射し、そこで反射する。この反射光によりＶ溝と位置合わせ用マーカーの相対的な位置関係を認識することにより、Ｖ溝と位置合わせ用マーカーを位置合わせすることができる。従って、本発明によれば、パッシブアライメント方式で、ＬＤを実装基板上に精密に、かつ容易に位置決めすることができる。なお、Ｖ溝をＬＤの光軸方向の素子長に対して十分な長さ、例えば素子の両端に達するように形成すると、ＬＤの光軸に対する実装基板の設置角度の精度を向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施形態１）
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかるＬＤ300 の一実施形態の製作工程の説明図である。その工程は以下の通りである。即ち、
１）ｐ−ＩｎＰ基板301 上に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層302 、ｎ−ＩｎＰクラッド層303 を順次積層する。次いで、幅１．５μｍのストライプ状の誘電体マスク311 、312 を所定の間隔（例えば１００μｍ）で形成し、エッチングによりメサストライプ状に活性層302a、302b、ｎ−ＩｎＰクラッド層303a、303bを形成する（図１（ａ））。
なお、誘電体マスク311 、312 はマスキングにより一度に精度良い間隔で形成することができる。
２）次いで、誘電体マスク311 、312 を選択成長マスクとして、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層304 、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層305 、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層306 を順次積層して、ｐ／ｎ／ｐの埋め込み層を形成する。この際、誘電体マスク311 、312 上には、埋め込み層は成長しない（図１（ｂ））。
３）誘電体マスク312 を覆うようにレジストマスク313 を形成する（図１（ｃ））。
４）次いで、レジストマスク313 を利用して誘電体マスク311 を除去した後、レジストマスク313 を除去する。誘電体マスク312 は残る。
５）次いで、ｎ−ＩｎＰクラッド層307 、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層308 を成長させる。そうすると、ｎ−ＩｎＰクラッド層307 、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層308 は発光部となる活性層302aの上面には積層するが、活性層302bの上面には成長しない。従って、活性層302bの上面には、ストライプ状のＶ溝314 が形成される（図１（ｄ））。このＶ溝314 をマーカーとして用いる。
６）最後に、ｐ電極およびｎ電極用の金属膜309 、310 （例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ）をＶ溝314 を含めた表面に形成する（図１（ｅ））。
【００１０】
このようにして製作したＬＤ300 の表面に垂直に光を当てると、表面から垂直方向への反射光は、Ｖ溝314 部分において他の部分よりも弱くなり、光学的にＶ溝314 の位置を認識することができる。
なお、金属膜310 が厚くなると、Ｖ溝314 の縁の形状がだれて、Ｖ溝314 を光学的に認識する位置精度が低下する。それを防止するためには、Ｖ溝314 上の金属膜310 の厚さを周辺よりも薄くすることが好ましい。例えば、ＬＤの表面全体に薄く数１００Åの金属膜を形成し、次いでＶ溝314 上を除いて厚い１μｍ程度の金属膜を形成する。
【００１１】
次に、実装基板について説明する。
図２は実装基板600 の側面図である。この実装基板600 は、Ｓｉ基板601 上にフォトレジスト602 で所望のパターニングを行い（図２（ａ））、電極用の金属膜603 を蒸着した後に、フォトレジスト602 を除去し、所望の位置にストライプ状の幅２０μｍのマーカー604 （Ｓｉ基板601 が部分的に露出した部分）を形成したものである（図２（ｂ））。 601ａはＳｉ基板601 の表面に形成されている酸化膜（ＳｉＯ2)である。
なお、この実装基板600 に光ファイバを位置決めするＶ溝を形成する場合には、マーカー604 の中心を基準として所望の距離に切削加工で形成することができる。また、マスクでパターニングして、反応ガスとしてＣ2 Ｆ6 を用いたＲＩＥ等のドライエッチング、或いはフッ酸によるウエットエッチングにより、光ファイバ位置決め用のＶ溝を形成する領域の酸化膜601aを除去し、その後水酸化カリウム水溶液に浸すと、酸化膜601aが除去された部分のみが異方性エッチングされ、斜面の角度が54.7°のＶ溝を形成することができる。
【００１２】
次に、上記ＬＤ300 及び実装基板600 の位置合わせ方法について、図３（ａ）、（ｂ）に従って説明する。その方法は以下の通りである。即ち、
１）先ず、ＬＤ300 を発光面を下にした状態で保持具701 で保持し、平面移動するＸ・Ｙステージ702 上に載置された実装基板600 の上へコントローラー705 で移動させる。
次に保持具701 を下降してＬＤ300 表面と実装基板600 表面の距離が20μm 程度になるまで近づける。この距離は、50倍程度の倍率で観察した場合に実装基板600 とＬＤ300 の両方にピントを合わせることができ、かつ、ＬＤ300 と実装基板600 が接触するのを避けることのできる距離である。
なお、本実施形態では、ＬＤ300 の大きさは幅250x長さ300x高さ80μm である。また、ＬＤ300 のマーカーであるストライプ状のＶ溝314 は、幅10μm 、深さ7 μm であり、発光部となる活性層302aから100 μm 離れた位置に形成されている。
実装基板600 側のマーカー604 は、幅20μm の金属の抜きパターンである。
【００１３】
２）次いで、実装基板600 の下側から赤外線顕微鏡703 で観察すると、以下のような画像が観察される。
赤外線は実装基板600 上に形成したマーカー604 部分を透過し、ＬＤ300 の表面の金属膜310 で反射されて戻ってくる。赤外顕微鏡703 で得られる像は、図３(b) に示すように、実装基板600 の金属膜603 の反射像603a、ＬＤ300 のＶ溝314 の反射像 314a およびＶ溝314 周辺の金属膜310 の反射像310aからなる。これらの反射像603a、 314a および310aには明暗のコントラストがあり、反射像314aは、反射像310aよりも暗くなっている。
ここで、赤外線顕微鏡703 で得られる反射像603a、314aおよび310aを画像処理装置704 に入力して、画像の照度の変化から（例えば照度の空間微分値を算出して）反射像314aおよび310aの両端の位置を検出する。そして、反射像314a、310aの幅の中心点のずれ量が最小になるようにコントローラー705 でＸ・Ｙステージ702 を平面移動して、ＬＤ300 と実装基板600 の位置合わせを行う。この際、ＬＤ300 の光軸方向の両端で中心線のずれ量が最小になるように、θステージ706 を回転させて角度を調整する。
【００１４】
３）次いで、保持具701 を下降させてＬＤ300 に所望の過重をかけ、ヒーター707 で加熱して実装基板600 の金属膜603 上に形成した半田薄膜708 を溶融し、ＬＤ300 と実装基板600 を接合する。
なお、半田薄膜708 はＬＤ300 側に形成しても構わない。また、この半田薄膜708 として、AuとSnを両者の重量比がAu:Sn=80:20 になるように交互に数百Ａづつ積層させ、合計2 μｍ程度の厚さとしたものを用いたところ、良好な接合が形成された。
【００１５】
（実施形態２）
図４は、本発明にかかるＬＤの実装方法の他の実施形態の位置合わせプロセスの説明図である。
本実施形態は実施形態１における実装基板600 のマーカー604 の両側に金属膜603 で覆われたＶ溝605 を形成したものである。
この実装基板600 の下側から赤外線顕微鏡で観察すると、赤外顕微鏡で得られる像は、実装基板600 の金属膜603 の反射像603aおよびＶ溝605 の反射像605a、ＬＤ300 のＶ溝314 の反射像 314a およびＶ溝314 周辺の金属膜310 の反射像310aからなる。これらの反射像603a、605a、 314a および310aには明暗のコントラストがあり、反射像314a、605aは、反射像310a、603aよりも暗くなっている。本実施形態では、反射像314aと605aの位置関係からＬＤ300 と実装基板600 の位置合わせを行う。
本実施形態では、Ｖ溝605 の反射像605aが、マーカー604 領域よりもコントラストよく認識できるので、実施形態１に比して位置合わせの精度および作業性が向上する。なお、マスキングによりエッチング加工で形成されたＶ溝605 は、リフトオフ法で形成されたマーカー604 よりも位置精度が向上するので、このことも位置合わせの精度の向上に寄与する。
【００１６】
（実施形態３）
図５は、本発明にかかるＬＤの実装方法のさらなる他の実施形態の位置合わせプロセスの説明図である。
本実施形態は、実施形態２における実装基板600 のＶ溝605 の上に金属膜603 を形成せず、Ｖ溝605 を露出させたものである。Ｖ溝605 上に電極パターンとなる金属膜603 を形成することは工程を複雑にするが、本実施形態はその必要がなく、工程が簡単化する。
この実装基板600 の下側から赤外線顕微鏡で観察すると、赤外顕微鏡で得られる像は、実装基板600 のＶ溝605 の反射像605a、ＬＤ300 のＶ溝314 の反射像 314a およびＶ溝314 周辺の金属膜310 の反射像310aからなる。反射像605aは金属膜603 からの反射がないため、実施形態２ほどは明瞭ではないが、ＬＤ300 の金属膜310 からの反射光により浮かび上がって見える。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１記載のＬＤを用い、請求項２記載の方法でＬＤを実装基板上に実装すると、パッシブアライメント方式で、ＬＤを実装基板上に精密に、かつ容易に位置決めすることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかるＬＤの一実施形態の製作工程の説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかるＬＤの実装方法の一実施形態に用いた実装基板の製作工程の説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明にかかるＬＤの実装方法の一実施形態に用いた実装システムの説明図、および位置合わせプロセスの説明図である。
【図４】本発明にかかるＬＤの実装方法の他の実施形態の位置合わせプロセスの説明図である。
【図５】本発明にかかるＬＤの実装方法のさらなる他の実施形態の位置合わせプロセスの説明図である。
【図６】従来のアクティブアライメント方式による実装方法の説明図である。
【図７】従来のパッシブアライメント方式による実装方法の説明図である。
【符号の説明】
300 ：ＬＤ
301 ：ｐ−ＩｎＰ基板
302 、302a、302b：活性層、
303 、303a、303b、307 ：ｎ−ＩｎＰクラッド層
304 、306 ：ｐ−ＩｎＰ埋め込み層、
305 ：ｎ−ＩｎＰ埋め込み層、
308 ：キャップ層、
309 、310 ：金属膜
310a、314a、603a、605a：反射像
311 、312 ：誘電体マスク、
313 ：レジストマスク、
314 、605 ：Ｖ溝
600 ：実装基板
601 ：Ｓｉ基板
601a：酸化膜
602 ：レジストマスク
603 ：金属膜
604 ：マーカー
701 ：保持具
702 ：Ｘ・Ｙステージ
703 ：赤外線顕微鏡
704 ：画像処理装置
705 ：コントローラー
706 ：θステージ
707 ：ヒーター
708 ：半田薄膜
【図１】
0003976875.tif 000002
【図２】
0003976875.tif 000003
【図３】
0003976875.tif 000004
【図４】
0003976875.tif 000005
【図５】
0003976875.tif 000006
【図６】
0003976875.tif 000007
【図７】
0003976875.tif 000008