JP2006080275A - Semiconductor laser element - Google Patents
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Abstract
【課題】機械的ストレスを抑制して放熱性を向上させる半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】活性層5の上の第1クラッド層6と、第1クラッド層6上に配置された、第2クラッド層8aを含むリッジと、第1クラッド層6の上でリッジ11を挟んで対向する一対の電流阻止層12a、12bと、リッジ11と離間して一対の電流阻止層12a、12b上にそれぞれ配置された金属のダミーリッジ13a、13bとを備える。
【選択図】図1A semiconductor laser device that suppresses mechanical stress and improves heat dissipation is provided.
A first clad layer 6 on an active layer 5, a ridge including a second clad layer 8 a disposed on the first clad layer 6, and a ridge 11 sandwiched between the first clad layer 6. And a pair of current blocking layers 12a and 12b facing each other, and metal dummy ridges 13a and 13b disposed on the pair of current blocking layers 12a and 12b, respectively, spaced apart from the ridge 11.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体レーザ素子に関し、特にリッジ構造を有する半導体レーザダイオードに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser diode having a ridge structure.
書き込み可能なコンパクトディスク(CD−R)や書き込み可能なデジタル多用途ディスク(DVD−R)等に用いられる高出力のリッジ型レーザダイオード(LD)等の高出力半導体レーザ素子には、−10℃〜+70℃程度での動作保障が要求される。高出力動作時では、レーザ発振の電流密度が高く、活性層を含む動作層の発熱が大きい。LDの活性層は、リッジ表面の近傍に設けられている。動作層での良好な放熱性を確保する目的で、リッジ側をパッケージ台座にマウントするフェースダウン実装が一般的である。 For high-power semiconductor laser devices such as a high-power ridge type laser diode (LD) used for a writable compact disc (CD-R) and a writable digital versatile disc (DVD-R), −10 ° C. Operation guarantee at about + 70 ° C is required. During high output operation, the current density of laser oscillation is high, and heat generation in the operation layer including the active layer is large. The active layer of the LD is provided in the vicinity of the ridge surface. In order to ensure good heat dissipation in the operation layer, face-down mounting is generally used in which the ridge side is mounted on a package base.
従来のLDでは、p型クラッド層を含むp型半導体のリッジ上部にp型半導体のコンタクト層が形成されている。リッジの両側の領域には、反対導電型であるn型半導体や絶縁膜等の電流阻止層が設けられている。一般に、電流阻止層の厚さは、リッジの高さより薄い。したがって、リッジのコンタクト層表面に設けられた電極をパッケージ台座にマウントする際に、機械的ストレスがリッジに集中する。そのため、ストレスによる特性変動や機械的損傷が生じてしまうという問題がある。 In a conventional LD, a p-type semiconductor contact layer is formed on a p-type semiconductor ridge including a p-type cladding layer. In regions on both sides of the ridge, a current blocking layer such as an n-type semiconductor having an opposite conductivity type or an insulating film is provided. Generally, the current blocking layer is thinner than the ridge. Therefore, mechanical stress concentrates on the ridge when the electrode provided on the surface of the ridge contact layer is mounted on the package base. Therefore, there is a problem that characteristic fluctuations and mechanical damage occur due to stress.
マウント時の機械的ストレスを抑制するため、リッジの形成時にリッジと同じ半導体層を有するダミーリッジを設けているものがある(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1では、ダミーリッジの表面全体及びダミーリッジとリッジとの間の領域に、リッジ及びダミーリッジと反対導電型半導体の電流阻止層を設けて、ダミーリッジにリーク電流が流れるのを防止している。また、リッジ及びダミーリッジを選択成長により形成しているものもある。(例えば、特許文献2参照。)。
In order to suppress mechanical stress during mounting, a dummy ridge having the same semiconductor layer as the ridge is provided when the ridge is formed (see, for example, Patent Document 1). In
一般に、LDに使用される化合物半導体等のウェットエッチングや結晶成長には、エッチング速度や成長速度の異方性がある。特許文献1では、リッジ及びダミーリッジは、p型成長層をウェットエッチングして形成されている。ダミーリッジの側壁は、エッチング速度の遅い不活性な結晶面が露出される。ウェットエッチングで露出される不活性な結晶面では、成長速度も小さい。したがって、電流阻止層をダミーリッジの全体に均一に成長させることは困難である。LDの高出力動作時において、ダミーリッジに流れるリーク電流を抑制することは困難である。
In general, there is anisotropy in etching rate and growth rate in wet etching and crystal growth of compound semiconductors used in LD. In
また、選択成長には、露出表面積比によって成長速度が変化するローディング効果がある。特許文献2では、リッジの厚さや組成等を制御するために、リッジの近傍に所望の面積の表面を露出させて、リッジと共にダミーリッジを形成している。しかし、リッジを選択成長させる表面には、選択成長マスク形成等の製造工程により不純物汚染や結晶欠陥等が導入されてしまう。選択成長表面は、活性層の近傍に位置している。選択成長により取り込まれる不純物や結晶欠陥はLDの発光特性を劣化させてしまう。
Further, the selective growth has a loading effect in which the growth rate changes depending on the exposed surface area ratio. In
このように、従来技術による半導体レーザ素子では、リッジの機械的ストレスを抑制して放熱性を向上させることはできるが、リーク電流を抑制して高出力の発光特性を実現することは困難である。
本発明は、機械的ストレスを抑制して放熱性を向上させることができ、且つ、リーク電流を抑制して高出力の発光特性を実現する半導体レーザ素子を提供する。 The present invention provides a semiconductor laser device that can improve heat dissipation by suppressing mechanical stress, and can realize high output light emission characteristics by suppressing leakage current.
本発明の第1の態様によれば、(イ)活性層の上の第1クラッド層と、(ロ)第1クラッド層上に配置された、第2クラッド層を含むリッジと、(ハ)第1クラッド層の上でリッジを挟んで対向する一対の電流阻止層と、(ニ)リッジと離間して一対の電流阻止層上にそれぞれ配置された金属のダミーリッジとを備える半導体レーザ素子が提供される。 According to the first aspect of the present invention, (b) a first cladding layer on the active layer; (b) a ridge including the second cladding layer disposed on the first cladding layer; A semiconductor laser device comprising: a pair of current blocking layers facing each other across a ridge on the first cladding layer; and (d) a metal dummy ridge disposed on the pair of current blocking layers apart from the ridge. Provided.
本発明の第2の態様によれば、(イ)活性層の上の第1クラッド層と、(ロ)第1クラッド層上に配置された、第2クラッド層を含むリッジと、(ハ)第1クラッド層の上でリッジを挟んで対向する一対の電流阻止層と、(ニ)リッジと離間して一対の電流阻止層上にそれぞれ配置された絶縁膜のダミーリッジとを備える半導体レーザ素子が提供される。 According to the second aspect of the present invention, (b) a first cladding layer on the active layer; (b) a ridge including the second cladding layer disposed on the first cladding layer; A semiconductor laser device comprising: a pair of current blocking layers facing each other across the ridge on the first cladding layer; and (d) an insulating film dummy ridge disposed on the pair of current blocking layers and spaced apart from the ridge. Is provided.
本発明によれば、機械的ストレスを抑制して放熱性を向上させることができ、且つ、リーク電流を抑制して高出力の発光特性を実現する半導体レーザ素子を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the semiconductor laser element which can suppress a mechanical stress and can improve heat dissipation, and suppresses a leakage current and implement | achieves a high output light emission characteristic.
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体レーザ素子は、図1に示すように、n型(第1導電型)クラッド層4上の活性層5の上に設けられたp型(第2導電型)第1クラッド層6上に配置されたp型第2クラッド層8aを含むリッジ11と、リッジ11と離間してリッジ11を挟んで対向し、p型第1クラッド層6上に設けられたn型の電流阻止層12a、12b上に配置された金属のダミーリッジ13a、13bとを備える。なお、第1導電型と第2導電型とは互いに反対導電型である。すなわち、第1導電型がn型であれば、第2導電型はp型であり、第1導電型がp型であれば、第2導電型はn型である。以下の説明では、便宜上、n型を第1導電型、p型を第2導電型としているが、p型を第1導電型、n型を第2導電型としても良いことは勿論である。また、説明では、半導体レーザ素子として、インジウムガリウムアルミニウム燐(InGaAlP)系III−V族混晶による発光波長が650nm帯の赤色LDを用いているが、限定されない。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention is a p-type (second type) provided on an
n型クラッド層4は、基板1上のバッファ層2の表面に設けられている。活性層5は、発光層である。例えば、n型クラッド層4は、厚さが1.2μmのIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pである。バッファ層2は、厚さが0.5μmのn型GaAsである。基板1は、厚さが100μmのGaAsである。p型第1クラッド層6は、厚さが0.2μmのIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pである。活性層5は、ノンドープIn(GaAl)P/ノンドープInGaPの多重量子井戸(MQW)構造である。
The n-
リッジ11は、p型第2クラッド層8a、低抵抗層9a、及びコンタクト層10aを備えている。p型第2クラッド層8aは、p型第1クラッド層6上のエッチング停止層7の表面に設けられている。例えば、エッチング停止層7は、厚さが0.01μmのp型InGaPである。p型第2クラッド層8aは、厚さが0.9μmのIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pである。低抵抗層9aは、厚さが0.1μmのp型InGaPである。コンタクト層10aは、厚さが0.1μmのp型GaAsである。
The
ダミーリッジ13a、13bの表面は、リッジ11の表面より高さの差ΔHr、例えば0.3μm高くされている。ダミーリッジ13a、13bは、例えば、厚さが1.3μmの金(Au)等の金属である。電流阻止層12a、12bは、厚さが0.1μmのn型GaAsである。電流阻止層12a、12bとp型第1クラッド層6とのそれぞれのpn接合により、ダミーリッジ13a、13bとp型第1クラッド層6との間が電気的に絶縁されている。
The surfaces of the
リッジ11とダミーリッジ13a、13bのそれぞれとの間には、例えば厚さが1μmのシリコン酸化(SiO2)膜等の平坦化膜14a、14bが設けられている。第1の電極15が、リッジ11の表面から、平坦化膜14a、14bを介してダミーリッジ13a、13bの表面の一部に延在して設けてある。第1の電極15のリッジ11の直上の表面の高さはダミーリッジ13a、13bの直上の表面より、差ΔHrとほぼ同じ高さの差ΔHeだけ低くされている。第1の電極15は、Auを含むp型オーミック金属である。また、基板1の裏面には、Auを含むn型オーミック金属の第2の電極16が設けられている。
Between the
第1の実施の形態では、第1の電極15のリッジ11に対応する表面が、ダミーリッジ13a、13bに対応する表面よりも差ΔHeだけ低くされている。したがって、第1の電極15側をパッケージ台座にマウントするフェースダウン実装の際の機械的ストレスは、ダミーリッジ13a、13bに分散される。リッジ11では、機械的ストレスが緩和されるため、活性層を含むレーザ発振動作層の結晶性の劣化が抑制される。なお、第1の実施の形態では、差ΔHeは、差ΔHrと同程度であり、約0.3μmとなっている。しかし、差ΔHeは、0〜1μm、好ましくは0〜0.6μmの範囲であれば、同様の効果が得られる。
In the first embodiment, the surface corresponding to the
フェースダウン実装により、リッジ11の放熱性が向上する。ダミーリッジ13a、13bは熱伝導度の大きい金属であるので、放熱性を更に向上させることができる。また、ダミーリッジ13a、13bは、電流阻止層12a、12bの表面に設けられているので、ダミーリッジ13a、13bを介してのリーク電流を抑制することが可能となる。
Due to the face-down mounting, the heat dissipation of the
次に、第1の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を、図2〜図8の工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device according to the first embodiment will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS.
(イ)図2に示すように、基板1の上に、分子ビームエピタキシャル成長(MBE)、有機金属化学気相成長(MOCVD)、及び液相エピタキシャル成長(LPE)等の結晶成長法により、複数の成長層を含む半導体層20が形成される。例えば、250μm厚のn型GaAs等の基板1の表面に、まず、0.5μm厚のn型GaAsのバッファ層2が成長される。そして、1.2μm厚のn型In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pのn型クラッド層4、ノンドープIn(GaAl)P/ノンドープInGaPのMQW構造の活性層5が成長される。その後、0.2μm厚のp型In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pのp型第1クラッド層6、0.01μm厚のp型InGaPのエッチング停止層7、0.9μm厚のp型In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pのp型第2クラッド層8、0.1μm厚のp型InGaPの低抵抗層9、及び0.1μm厚のp型GaAsのコンタクト層10を成長する。
(A) As shown in FIG. 2, a plurality of growths are performed on a
(ロ)コンタクト層10の表面に、CVD法等により、例えば0.2μm厚のSiO2等の絶縁膜が堆積される。フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング(RIE)法等により絶縁膜を選択的に除去し、図3に示すように、第1の絶縁膜パターン22が形成される。第1の絶縁膜パターン22をマスクとして、RIE法によりコンタクト層10の表面から約1μmの深さで垂直加工を行う。その結果、図4に示すように、側壁が垂直なコンタクト層10a、低抵抗層9a、及びp型第2クラッド層8aを有するリッジ11が形成される。第1の絶縁膜パターン22でマスクされない領域のp型第2クラッド層8は、エッチング停止層7から約0.1μmの厚さで残されている。第1の絶縁膜パターン22を残したまま、CVD法等により、0.5μm厚のSiO2等の絶縁膜が堆積される。堆積した絶縁膜をRIE法等によりエッチバックして、図5に示すように、リッジ11の表面及び側壁にそれぞれ絶縁膜を選択的に残し、第2の絶縁膜パターン24が形成される。第2の絶縁膜パターン24をマスクとして、ウェットエッチング法により、図5に示すように、リッジ11周辺のp型第2クラッド層8が約0.9μmの深さ及びエッチング停止層7が除去される。
(B) An insulating film such as 0.2 μm thick SiO 2 is deposited on the surface of the
(ハ)露出したp型第1クラッド層6の表面にn型GaAsが0.1μmの厚さで再成長される。フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、n型GaAsを選択的に除去して、図6に示すように、リッジ11と離間させて電流阻止層12a、12bが形成される。スピンオングラス(SOG)等を回転塗布して、1.5μm厚の絶縁膜が堆積される。フォトリソグラフィ及びRIE法等により、p型第1クラッド層6の表面が露出しないように電流阻止層12a、12b上の絶縁膜を選択的に除去し、図6に示すように、平坦化膜14が形成される。
(C) n-type GaAs is regrown to a thickness of 0.1 μm on the exposed surface of the p-type
(ニ)露出した電流阻止層12a、12b及び平坦化膜14の表面に、蒸着等によりAuを含む金属の導電下地層が堆積される。フォトリソグラフィにより、平坦化膜14の表面に選択的にレジストマスクが形成され、露出した電流阻止層12a、12bの表面にAu等の金属が約1.3μmの厚さで選択的にメッキされる。レジストマスク及び導電下地層を除去して、図7に示すように、電流阻止層12a、12bの上にダミーリッジ13a、13bが形成される。
(D) A conductive base layer made of metal containing Au is deposited on the exposed surfaces of the current blocking layers 12a and 12b and the
(ホ)リッジ11のコンタクト層10aの表面が露出するように平坦化膜14をエッチバックして、図8に示すように、リッジ11及びダミーリッジ13a、13bの間に、約1μm厚の平坦化膜14a、14bが形成される。リフトオフ技術等を用いて、Auを含むp型オーミック金属を蒸着して、リッジ11の表面から平坦化膜14a、14bを介してダミーリッジ13a、13bの表面の一部に延在する第1の電極15が形成される。
(E) The
(ヘ)次に、基板1の裏面を研磨して約100μmの厚さにした後に、Auを含むn型オーミック金属を基板1の裏面に蒸着して、図1に示したように、第2の電極16が形成される。第1及び第2の電極15、16では、アルゴン(Ar)雰囲気中で450℃、15分の熱処理によりオーミック接触が得られる。その後、基板1は、矩形状に劈開され、図1に示した半導体レーザ素子が製造される。
(F) Next, after polishing the back surface of the
第1の実施形態では、電流阻止層12a、12bのn型GaAsは、p型第1クラッド層6の平坦な表面に成長される。したがって、電流阻止層12a、12bが所望の厚さに精度よく均一に制御されるため、ダミーリッジ13a、13bを介して流れるリーク電流を抑制することが可能となる。また、ダミーリッジ13a、13bは、選択メッキにより精度よく厚さの制御ができる。第1の電極15は、蒸着により形成されるため、第1の電極15の表面のリッジ11及びダミーリッジ13a、13bに対応する領域の高さの差ΔHeは、リッジ11とダミーリッジ13a、13bとの高さの差ΔHrとほぼ同様となる。したがって、第1の電極15のリッジ11に対応する領域を、ダミーリッジ13a、13bに対応する領域より差ΔHeだけ低くすることができ、フェースダウン実装でリッジ11に与えられる機械的ストレスを抑制することが可能となる。フェースダウン実装により、リッジ11の放熱性が向上するうえに、ダミーリッジ13a、13bは熱伝導度の大きい金属であるので、放熱性を更に向上させることが可能となる。
In the first embodiment, the n-type GaAs of the current blocking layers 12 a and 12 b is grown on the flat surface of the p-type
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る半導体レーザ素子には、図9に示すように、基板1上の半導体層20に設けられたリッジ11と離間したダミーリッジ13a、13bが、リッジ11を挟んで対向して設けられている。ダミーリッジ13a、13bは、半導体層20の表面に設けられた電流阻止層112a、112b上に配置されている。ダミーリッジ13a、13b及び電流阻止層112a、112bの間にはそれぞれ、第1の導電下地層30a、30bが設けられている。電流阻止層112a、112b及び第1の導電下地層30a、30bは、リッジ11の側壁まで延在している。第1の電極15aが第2の導電下地層34を挟んで、リッジ11の表面からダミーリッジ13a、13bの表面の一部に延在して設けてある。なお、第2の実施の形態の説明に用いる半導体層20は、第1の実施の形態と同様であるので、重複する説明は、省略する。
(Second Embodiment)
In the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 9,
例えば、電流阻止層112a、112bは、厚さが0.3μmのSiO2等の絶縁膜である。ダミーリッジ13a、13bは、例えば、厚さが1μmのAu等の金属である。第1の導電下地層30a、30bは、Auを含む金属である。第2の導電下地層34は、Auを含む金属である。第1の電極15aは、Auを含む金属である。電流阻止層112a、112bが絶縁膜であるため、ダミーリッジ13a、13bと半導体層20との間は電気的に絶縁されている。
For example, the
ダミーリッジ13a、13bの表面は、リッジ11の表面より差ΔHr、例えば0.3μm高くされている。第1の電極15aのリッジ11の直上の表面の高さはダミーリッジ13a、13bの直上の表面より、差ΔHrとほぼ同じ高さの差ΔHeだけ低くされている。したがって、第1の電極15a側をパッケージ台座にマウントするフェースダウン実装の際の機械的ストレスは、ダミーリッジ13a、13bに分散される。リッジ11では、機械的ストレスが緩和されるため、活性層を含むレーザ発振動作層の結晶性の劣化が抑制される。また、フェースダウン実装により、リッジ11の放熱性が向上する。ダミーリッジ13a、13bは熱伝導度の大きい金属であるので、放熱性を更に向上させることができる。また、ダミーリッジ13a、13bは、電流阻止層112a、112bの上に設けられているので、ダミーリッジ13a、13bを介してのリーク電流を抑制することが可能となる。
The surfaces of the
次に、第2の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を、図10〜図14の工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor laser element according to the second embodiment will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS.
(イ)MBE、MOCVD、及びLPE等の結晶成長法により、基板1上に複数の成長層を含む半導体層20が形成される。フォトリソグラフィ及びRIE法等により、半導体層20にリッジ11が形成される。CVD法等により、図10に示すように、リッジ11が形成された半導体層20の表面にSiO2等の絶縁膜の電流阻止層112が0.3μmの厚さで堆積される。
(A) The
(ロ)電流阻止層112上に、Auを含む金属の第1の導電下地層30が蒸着法等により0.1μmの厚さで堆積される。フォトリソグラフィ及びメッキ技術により、図11に示すように、レジストパターン32をマスクとして、Au等のダミーリッジ13a、13bが1μmの厚さで選択的に形成される。
(B) On the
(ハ)酸素(O2)ガスを用いたRIE法により、レジストパターン32をエッチバックして、図12に示すように、リッジ11の側壁を覆うレジストパターン32a、32bを形成してリッジ11の表面を露出させる。イオンミリング法により、露出したリッジ11表面の第1の導電下地層30を選択的に除去して第1の導電下地層30a、30bが形成される。引き続き、四フッ化炭素(CF4)ガスを用いたRIE法により、電流阻止層112を選択的に除去して電流阻止層112a、112bが形成される。
(C) The resist
(ニ)O2アッシング法により、レジストパターン32a、32bが剥離される。蒸着法等により、Auを含む第2の導電下地層34が0.1μmの厚さで堆積される。フォトリソグラフィにより、図13に示すように、ダミーリッジ13a、13bの一部とリッジ11を含む領域が開口するようにレジストパターン36が形成される。レジストパターン36をマスクとして、メッキ技術によりAu−Sn等の第1の電極15aが選択的に形成される。レジストパターン36をO2アッシング法により除去する、引き続き、第1の電極15aをマスクとして、図14に示すように、イオンミリング法等により第2の導電下地層34が選択的に除去される。更に、基板1の裏面を研磨して100μmの厚さにした後に、Au−Ge等のオーミック金属を基板1の裏面に蒸着して第2の電極(図示省略)が形成される。
(D) The resist
第2の実施形態では、ダミーリッジ13a、13b下の電流阻止層112a、112bの絶縁膜は、p型第1クラッド層6の平坦な表面にCVD法等により堆積される。したがって、電流阻止層112a、112bが所望の厚さに精度よく均一に制御されるため、ダミーリッジ13a、13bを介して流れるリーク電流を抑制することが可能となる。また、ダミーリッジ13a、13bは、選択メッキにより精度よく厚さの制御ができる。第1の電極15aも、選択メッキにより形成されるため、第1の電極15aの表面のリッジ11及びダミーリッジ13a、13bに対応する領域の高さの差ΔHeは、リッジ11とダミーリッジ13a、13bとの高さの差ΔHrとほぼ同様となる。したがって、第1の電極15aのリッジ11に対応する領域を、ダミーリッジ13a、13bに対応する領域より差ΔHeだけ低くすることができ、フェースダウン実装でリッジ11に与えられる機械的ストレスを抑制することが可能となる。フェースダウン実装により、リッジ11の放熱性が向上するうえに、ダミーリッジ13a、13bは熱伝導度の大きい金属であるので、放熱性を更に向上させることが可能となる。
In the second embodiment, the insulating films of the
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る半導体レーザ素子には、図15に示すように、基板1上にn型クラッド層4、活性層5、p型第1クラッド層6、及びエッチング停止層7が積層されている。エッチング停止層7上にp型第2クラッド層8a及びコンタクト層10aを有するリッジ11aが設けられている。リッジ11aと離間したダミーリッジ113a、113bが、リッジ11aを挟んで対向して設けられている。ダミーリッジ113a、113bは、p型第1クラッド層6の表面に設けられた電流阻止層112a、112b上に配置されている。電流阻止層112a、112bは、リッジ11の側壁まで延在している。リッジ11a及びダミーリッジ113a、113bの間には、平坦化膜114a、114bがそれぞれ設けられている。第1の電極15bが、リッジ11aのコンタクト層10aの表面からダミーリッジ113a、113bの表面の一部に延在して設けてある。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 15, the semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention includes an n-
例えば、基板1は、厚さが250μmのn型GaAsである。n型クラッド層4は、厚さが1.2μmのIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pである。活性層5は、ノンドープIn(GaAl)P/ノンドープInGaPのMQW構造である。p型第1クラッド層6は、厚さが0.2μmのIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P層である。エッチング停止層7は、厚さが0.01μmのp型In0.5Ga0.5P層である。p型第2クラッド層8aは、厚さが1.1μmのIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pである。コンタクト層10aは、厚さが0.3μmのp型GaAsである。また、リッジ11aは、幅が2μmで高さが1.4μmである。
For example, the
電流阻止層112a、112bは、厚さが0.5μmのSiO2等の絶縁膜である。ダミーリッジ113a、113bは、厚さが1.5μmの窒化シリコン(Si3N4)等の絶縁膜である。平坦化膜114a、114bは、ポリイミド等の有機膜である。第1の電極15bは、Auを含むオーミック金属である。リッジ11a及びダミーリッジ113a、113bの対向する側壁間の距離は、3μmである。ダミーリッジ113a、ダミーリッジ113a、113b及び電流阻止層112a、112bが絶縁膜であるため、第1の電極15bとダミーリッジ13a、13bに対応する領域のp型第1クラッド層6との間は電気的に絶縁されている。
The
ダミーリッジ113a、113bの表面は、リッジ11aの表面より差ΔHr、例えば0.6μm高くされている。第1の電極15bのリッジ11aの直上の表面の高さは、ダミーリッジ113a、113bの直上の表面より、差ΔHrとほぼ同じ高さの差ΔHeだけ低くされている。したがって、第1の電極15b側をパッケージ台座にマウントするフェースダウン実装の際の機械的ストレスは、ダミーリッジ113a、113bに分散される。リッジ11aでは、機械的ストレスが緩和されるため、活性層5を含むレーザ発振動作層の結晶性の劣化が抑制される。また、フェースダウン実装により、リッジ11aの放熱性が向上する。また、ダミーリッジ113a、113b及び電流阻止層112a、112bは、絶縁膜であり、ダミーリッジ113a、113bを介してのリーク電流は無視することができる。
The surfaces of the
次に、第3の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を、図16〜図19の工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor laser element according to the third embodiment will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS.
(イ)MBE、MOCVD、及びLPE等の結晶成長法により、厚さが250μmのn型GaAs基板1上に、厚さが1.2μmのIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pn型クラッド層4、ノンドープIn(GaAl)P/ノンドープInGaPのMQW構造活性層5、厚さが0.2μmのIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pp型第1クラッド層6、厚さが0.01μmのp型In0.5Ga0.5Pエッチング停止層7、厚さが1.1μmのIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pp型第2クラッド層8a、及び厚さが0.3μmのp型GaAsコンタクト層10aを順次成長する。フォトリソグラフィ、RIE法等により、図16に示すように、エッチング停止層7上のコンタクト層10a及びp型第2クラッド層8aを選択的に除去してリッジ11aが形成される。リッジ11aの幅は、2μmである。また、リッジ11aが形成され無い領域では、エッチング停止層7がウェットエッチング法等により除去されて、p型第1クラッド層6の表面が露出している。
(A) In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 Pn
(ロ)CVD法等により、リッジが形成された半導体層20の表面にSiO2等の絶縁膜の電流阻止層112が0.5μmの厚さで堆積される。プラズマCVD(p−CVD)等により、電流阻止層112上にSi3N4等の絶縁膜が1.5μmの厚さで堆積される。フォトリソグラフィ及びRIE法により、図17に示すように、電流阻止層112上に堆積された絶縁膜が選択的に除去されて、リッジ11aを間に挟んでダミーリッジ113a、113bが形成される。リッジ11a及びダミーリッジ113a、113bのそれぞれの対向する側壁間の距離は3μmである。
(B) A
(ハ)リッジ11a、及びダミーリッジ113a、113bが形成された電流阻止層112上にポリイミド等の有機膜を回転塗布する。RIE法等により、塗布した有機膜をエッチバックしてリッジ11a上の電流阻止層112の表面が露出する。引き続き、RIE法等により露出した電流阻止層112が選択的に除去され、図18に示すように、リッジ11aのコンタクト層10aが露出する。リッジ11a及びダミーリッジ113a、113bの間には、電流阻止層112a、112b及び平坦化膜114a、114bが形成される。
(C) An organic film such as polyimide is spin-coated on the
(ニ)フォトリソグラフィ及び蒸着法等により、Auを含むオーミック金属を堆積して、図19に示すように、第1の電極15bがコンタクト層10aの表面からダミーリッジ113a、113bの一部の表面に渡り選択的に形成される。引き続き、基板1の裏面を研磨して100μmの厚さにした後に、Auを含むn型オーミック金属を基板1の裏面に蒸着して第2の電極(図示省略)が形成される。
(D) Ohmic metal containing Au is deposited by photolithography, vapor deposition, etc., and as shown in FIG. 19, the
第3の実施形態では、ダミーリッジ113a、113b及び電流阻止層112a、112bは絶縁膜であり、良好な絶縁性を有している。また、ダミーリッジ113a、113bは、p−CVD法等により精度よく厚さの制御ができる。第1の電極15bも、蒸着法等により形成されるため、第1の電極15bの表面のリッジ11a及びダミーリッジ113a、113bに対応する領域の高さの差ΔHeは、リッジ11aとダミーリッジ113a、113bとの高さの差ΔHrとほぼ同様となる。したがって、第1の電極15bのリッジ11aに対応する領域を、ダミーリッジ113a、113bに対応する領域より差ΔHeだけ低くすることができ、フェースダウン実装にリッジ11aに与えられる機械的ストレスを抑制することが可能となる。また、フェースダウン実装により、リッジ11aの放熱性を向上させることができる。
In the third embodiment, the
(第4の実施の形態)
本発明の第4に実施の形態に係る半導体レーザ素子には、図20に示すように、リッジ11と離間したダミーリッジ213a、213bが、リッジ11を挟んで対向して設けられている。ダミーリッジ213a、213bは、リッジ11と同様のp型第2クラッド層8b、8c、低抵抗層9b、9c、及びコンタクト層10b、10cと、コンタクト層10b、10c上に設けられた電流阻止層18b、18cとを備えている。例えば、電流阻止層18b、18cは、厚さが0.1μmのn型InGaPである。ダミーリッジ213a、213bの表面は、リッジ11の表面に比べて、電流阻止層18b、18cの厚さだけ高くなる。即ち、差ΔHrは、0.1μmとなる。また、第1の電極15のリッジ11の直上の表面の高さはダミーリッジ213a、213bの直上の表面より、差ΔHrとほぼ同じ高さの差ΔHeだけ低くなる。第4の実施の形態では、ダミーリッジ213a、213bがリッジ11と同様の半導体層を含み、更に電流阻止層18b、18cを表面に備えている点が第1の実施の形態と異なる。他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、重複する説明は、省略する。
(Fourth embodiment)
In the semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention,
ダミーリッジ213a、213bは、n型InGaPの電流阻止層18b、18c及びp型GaAsのコンタクト層10b、10cのpn接合で絶縁されている。したがって、第1の電極15からダミーリッジ213a、213bを介して流れるリーク電流を抑制することが可能となる。第1の電極15のリッジ11の直上の表面の高さはダミーリッジ213a、213bの直上の表面より、差ΔHeだけ低いため、フェースダウン実装の際の機械的ストレスを抑制することができる。また、フェースダウン実装により、リッジ11の放熱性の向上が可能となる。
The
次に、第4の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を、図21〜図25の工程断面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor laser element according to the fourth embodiment will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS.
(イ)MBE、MOCVD、及びLPE等の結晶成長法により、厚さが250μmのn型GaAs基板1上に、0.5μm厚のn型GaAsバッファ層2、1.2μm厚のIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pn型クラッド層4、ノンドープIn(GaAl)P/ノンドープInGaPのMQW構造の活性層5、0.2μm厚のIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pp型第1クラッド層6、0.01μm厚のp型InGaPエッチング停止層7、0.9μm厚のIn0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pp型第2クラッド層8、0.1μm厚のp型InGaP低抵抗層9、0.1μm厚のp型GaAsコンタクト層10、及び厚0.1μm厚のn型InGaP電流阻止層18を順次成長する。
(A) An n-type
(ロ)電流阻止層18の表面に、CVD法等により、例えば0.2μm厚のSiO2等の絶縁膜が堆積される。フォトリソグラフィ及びRIE法等により、選択的に除去して形成された第1の絶縁膜パターン22をマスクとして、図22に示すように、電流阻止層18の表面から1.1μmの深さで垂直加工を行う。その結果、電流阻止層18a、コンタクト層10a、低抵抗層9a、及びp型第2クラッド層8aを有するリッジ11bと、電流阻止層18b、コンタクト層10b、低抵抗層9b、及びp型第2クラッド層8bを有するダミーリッジ213aと、電流阻止層18c、コンタクト層10c、低抵抗層9c、及びp型第2クラッド層8cを有するダミーリッジ213bとが形成される。第1の絶縁膜パターン22でマスクされない領域のp型第2クラッド層8は、エッチング停止層7から約0.1μmの厚さで残されている。第1の絶縁膜パターン22を残したまま、CVD法等により、0.5μm厚のSiO2等の絶縁膜が堆積される。堆積した絶縁膜をRIE法等によりエッチバックして、リッジ11の表面及び側壁にそれぞれ絶縁膜を選択的に残す。このようにして形成した第2の絶縁膜パターン24をマスクとして、ウェットエッチング法により、図23に示すように、リッジ11及びダミーリッジ213a、213bの間のp型第2クラッド層8と停止層7が除去される。
(B) An insulating film such as SiO 2 having a thickness of 0.2 μm is deposited on the surface of the current blocking layer 18 by a CVD method or the like. Using the first insulating
(ハ)スピンオングラス(SOG)等を回転塗布して、リッジ11及びダミーリッジ213a、213bを覆うように絶縁膜が堆積される。RIE法等により、塗布した絶縁膜をエッチバックして電流阻止層18a〜18cの表面を露出させる。フォトリソグラフィ及びRIE法等により、ダミーリッジ213a、213bの電流阻止層18b、18cの表面をレジストマスクで覆って、リッジ11の電流阻止層18aを選択的に除去する。レジストマスク除去後、図24に示すように、コンタクト層10aが露出したリッジ11と、リッジ11及びダミーリッジ213a、213bの間に平坦化膜14a、14bとが形成される。
(C) Spin-on glass (SOG) or the like is spin-coated, and an insulating film is deposited so as to cover the
(ニ)リフトオフ技術等を用いて、Auを含むp型オーミック金属を蒸着して、リッジ11の表面から平坦化膜14a、14bを介してダミーリッジ213a、213bの表面の一部に延在する第1の電極15が形成される。引き続き、基板1の裏面を研磨して約100μmの厚さにした後に、Auを含むn型オーミック金属を基板1の裏面に蒸着して、図1に示したように、第2の電極16が形成される。
(D) A p-type ohmic metal containing Au is deposited using a lift-off technique or the like, and extends from the surface of the
第4の実施形態では、電流阻止層18のn型InGaPは、活性層5を含む半導体レーザ素子の半導体層の成長時に、コンタクト層10の平坦な表面に成長される。その後、ダミーリッジ213a、213bの最表面層として、電流阻止層18b、18cが形成される。したがって、電流阻止層18b、18cの厚さは、精度よく均一に制御されているため、ダミーリッジ213a、213bを介して流れるリーク電流を抑制することが可能となる。また、ダミーリッジ213a、213bの表面は、電流阻止層18b、18cの厚さの分だけリッジ11の表面より高い。第1の電極15は、蒸着により形成されるため、第1の電極15の表面のリッジ11及びダミーリッジ213a、213bに対応する領域の高さの差ΔHeは、リッジ11及びダミーリッジ13a、13bの高さの差ΔHrとほぼ同様となる。したがって、第1の電極15のリッジ11に対応する領域を、ダミーリッジ213a、213bに対応する領域より電流阻止層18b、18cの厚さだけ低くすることができ、フェースダウン実装にリッジ11に与えられる機械的ストレスを抑制することが可能となる。また、フェースダウン実装により、リッジ11の放熱性の向上が可能となる。
In the fourth embodiment, the n-type InGaP of the current blocking layer 18 is grown on the flat surface of the
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明の第1〜第4の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the first to fourth embodiments of the present invention have been described. However, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
本発明の実施の形態においては、半導体レーザ素子として、InGaAlP系III−V族混晶による発光波長が650nm帯の赤色LDを用いている。しかし、半導体レーザ素子として、例えば、AlGaAsP系、InAlGaN系等のIII−V族混晶による赤外〜紫色LDであってもよいことは勿論である。また、セレン化亜鉛(ZnSe)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化カドミウム亜鉛(CdZnSe)、セレン化硫化亜鉛マグネシウム(ZnMgSSe)系等のII−VI族半導体レーザ素子であってもよい。 In the embodiment of the present invention, a red LD having an emission wavelength of 650 nm band due to an InGaAlP III-V mixed crystal is used as a semiconductor laser element. However, it goes without saying that the semiconductor laser element may be, for example, an infrared to purple LD made of a group III-V mixed crystal such as AlGaAsP or InAlGaN. Further, it may be a II-VI group semiconductor laser element such as zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZnS), cadmium zinc selenide (CdZnSe), or magnesium selenide magnesium sulfide (ZnMgSSe).
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Accordingly, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1 基板
2 バッファ層
4 n型クラッド層
5 活性層
6 p型第1クラッド層
7 エッチング停止層
8、8a、8b p型第2クラッド層
9、9a、9b 低抵抗層
10、10a、10b コンタクト層
11、11a リッジ
12a、12b、18a〜18c、112a、112b 電流阻止層
13a、13b、113a、113b、213a、213b ダミーリッジ
14、14a、14b、114a、114b 平坦化膜
15、15a、15b 第1の電極
16 第2の電極
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1クラッド層上に配置された、第2クラッド層を含むリッジと、
前記第1クラッド層の上で前記リッジを挟んで対向する一対の電流阻止層と、
前記リッジと離間して前記一対の電流阻止層上にそれぞれ配置された金属のダミーリッジ
とを備えることを特徴とする半導体レーザ素子。 A first cladding layer over the active layer;
A ridge including a second cladding layer disposed on the first cladding layer;
A pair of current blocking layers facing each other across the ridge on the first cladding layer;
And a metal dummy ridge disposed on the pair of current blocking layers and spaced apart from the ridge.
前記第1クラッド層上に配置された、第2クラッド層を含むリッジと、
前記第1クラッド層の上で前記リッジを挟んで対向する一対の電流阻止層と、
前記リッジと離間して前記一対の電流阻止層上にそれぞれ配置された絶縁膜のダミーリッジ
とを備えることを特徴とする半導体レーザ素子。 A first cladding layer over the active layer;
A ridge including a second cladding layer disposed on the first cladding layer;
A pair of current blocking layers facing each other across the ridge on the first cladding layer;
A semiconductor laser device, comprising: a dummy ridge of an insulating film disposed on the pair of current blocking layers apart from the ridge.
The semiconductor laser device according to claim 4, wherein a surface of the dummy ridge is higher than a surface of the ridge.
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008235319A (en) * | 2007-03-16 | 2008-10-02 | Nichia Corp | Semiconductor laser element and its manufacturing method |
| JP2010272554A (en) * | 2009-05-19 | 2010-12-02 | Sharp Corp | Optical component and manufacturing method thereof |
| JPWO2013005759A1 (en) * | 2011-07-05 | 2015-02-23 | 日亜化学工業株式会社 | Semiconductor laser element |
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2004
- 2004-09-09 JP JP2004262239A patent/JP2006080275A/en active Pending
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