JP2012089800A - Semiconductor laser and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザおよびその製造方法に関し、特に、ワイヤレス接続により、薄型パッケージ化が容易な半導体レーザおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor laser and a manufacturing method thereof that can be easily formed into a thin package by wireless connection.
従来の発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)や半導体レーザ(LD:Laser Diode)は、その構造上、基板上にエピタキシャル成長を行い、エピタキシャル成長層上に電極を形成している。 Conventional light emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs: Laser Diodes) are epitaxially grown on a substrate due to their structures, and electrodes are formed on the epitaxial growth layer.
素子の組み立て時には、エピタキシャル成長層上に配置された電極に対してワイヤボンディングを実施する必要があり、このため薄型パッケージを実現する上で、妨げとなっている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。
At the time of assembling the element, it is necessary to perform wire bonding with respect to the electrode disposed on the epitaxial growth layer, which is an obstacle to realizing a thin package (for example,
従来例に係るLDの実装マウント状態を説明する模式的鳥瞰構造は、図21に示すように表される。従来例に係るLDの実装マウント構造は、図21に示すように、レーザチップ401をジャンクションアップ(GaN系半導体基板の裏面側がヒートシンク407側)でサブマウント402に設置し、そのサブマウント402をステムのヒートシンク407上に設置して、p側電極をワイヤボンディングし、完成品とする。金(Au)ワイヤ405によって、通電用ピン403とp側電極を接続し、Auワイヤ406によって、通電用ピン404とn側電極を接続している。
A schematic bird's-eye view structure for explaining the mounting state of the LD according to the conventional example is expressed as shown in FIG. As shown in FIG. 21, the mounting structure of the LD according to the conventional example is configured such that the
従来のLDは、その構造上、素子の組み立て時には、ワイヤボンディングを実施する必要があり、薄型パッケージ化が難しい。また、面発光型LDの場合には、このため、素子上部からの光の取り出し効率が悪い。 Due to the structure of the conventional LD, it is necessary to perform wire bonding when assembling the element, and it is difficult to make a thin package. Further, in the case of a surface emitting LD, the light extraction efficiency from the upper part of the element is poor.
本発明の目的は、ワイヤレス接続により、薄型パッケージ化の容易な半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor laser that can be easily made into a thin package by wireless connection and a method for manufacturing the same.
本発明の一態様によれば、基板と、前記基板上に配置された第1導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置された第2導電型クラッド層と、前記第2導電型クラッド層上に配置された表面電極層と、前記基板の裏面に配置された裏面電極層と、前記基板、前記第1導電型クラッド層、前記活性層、前記第2導電型クラッド層の第1劈開面に沿って形成され、前記第1劈開面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して配置された第1絶縁層と、前記第1劈開面に対向する第2劈開面に沿って形成され、前記第2劈開面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して配置された第2絶縁層と、前記第1絶縁層上および前記表面電極層上の一部に配置された第1電極層とを備える半導体レーザが提供される。 According to one aspect of the present invention, a substrate, a first conductivity type cladding layer disposed on the substrate, an active layer disposed on the first conductivity type cladding layer, and disposed on the active layer. A second conductivity type cladding layer, a surface electrode layer disposed on the second conductivity type cladding layer, a back electrode layer disposed on the back surface of the substrate, the substrate, the first conductivity type cladding layer, The active layer is formed along a first cleaved surface of the second conductivity type cladding layer, and is arranged to extend on the surface of the first cleaved surface and the surface electrode layer and on the surface of the back electrode layer. And a first insulating layer and a second cleaved surface opposite to the first cleaved surface, and extends on the second cleaved surface, the surface of the surface electrode layer, and the surface of the back electrode layer. A second insulating layer arranged on the first insulating layer and the surface electrode layer A semiconductor laser and a first electrode layer disposed on a part is provided.
本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置された第1導電型クラッド層と、前記第1導電型クラッド層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置された第2導電型クラッド層と、前記第2導電型クラッド層上に配置された表面電極層と、前記基板の裏面に配置された裏面電極層と、前記基板、前記第1導電型クラッド層、前記活性層、前記第2導電型クラッド層の第1側面に沿って形成され、前記第1側面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して配置された第1絶縁層と、前記第1絶縁層上および前記表面電極層上の一部に配置された第1電極層とを備える半導体レーザが提供される。 According to another aspect of the present invention, a substrate, a first conductivity type cladding layer disposed on the substrate, an active layer disposed on the first conductivity type cladding layer, and disposed on the active layer. Second conductive type cladding layer, surface electrode layer disposed on the second conductive type cladding layer, back electrode layer disposed on the back surface of the substrate, the substrate, and the first conductive type cladding layer The active layer is formed along the first side surface of the second conductivity type cladding layer, and extends on the surface of the first side surface and the surface electrode layer and on the surface of the back electrode layer. There is provided a semiconductor laser comprising a first insulating layer and a first electrode layer disposed on a part of the first insulating layer and on the surface electrode layer.
本発明の他の態様によれば、基板上に第1導電型クラッド層を形成する工程と、前記第1導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に第2導電型クラッド層を形成する工程と、前記第2導電型クラッド層上に、表面電極層を形成する工程と、前記基板の裏面に裏面電極層を形成する工程と、前記基板、前記第1導電型クラッド層、前記活性層、前記第2導電型クラッド層の第1劈開面に沿って、前記第1劈開面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して第1絶縁層を形成する工程と、前記第1劈開面に対向する第2劈開面に沿って、前記第2劈開面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して第2絶縁層を形成する工程と、前記第1絶縁層上および前記表面電極層上の一部に第1電極層を形成する工程とを有する半導体レーザの製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a step of forming a first conductivity type cladding layer on a substrate, a step of forming an active layer on the first conductivity type cladding layer, and a second conductivity on the active layer. Forming a mold cladding layer, forming a surface electrode layer on the second conductivity type cladding layer, forming a back electrode layer on the back surface of the substrate, the substrate, the first conductivity type Extending along the first cleaved surface of the clad layer, the active layer, and the second conductivity type clad layer on the surface of the first cleaved surface and the surface electrode layer and on the surface of the back electrode layer A step of forming one insulating layer, and a second cleaved surface facing the first cleaved surface, and extending on the surface of the second cleaved surface and the surface electrode layer and on the surface of the back electrode layer. Forming a second insulating layer, and on the first insulating layer and the surface electrode The method of manufacturing a semiconductor laser and a step of forming a first electrode layer is provided on a part of the upper.
本発明の他の態様によれば、基板上に第1導電型クラッド層を形成する工程と、前記第1導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に第2導電型クラッド層を形成する工程と、前記第2導電型クラッド層上に、表面電極層を形成する工程と、前記基板の裏面に裏面電極層を形成する工程と、前記基板、前記第1導電型クラッド層、前記活性層、前記第2導電型クラッド層の第1側面に沿って、前記第1側面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して第1絶縁層を形成する工程と、前記第1絶縁層上および前記表面電極層上の一部に第1電極層を形成する工程とを有する半導体レーザの製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a step of forming a first conductivity type cladding layer on a substrate, a step of forming an active layer on the first conductivity type cladding layer, and a second conductivity on the active layer. Forming a mold cladding layer, forming a surface electrode layer on the second conductivity type cladding layer, forming a back electrode layer on the back surface of the substrate, the substrate, the first conductivity type The first insulation extends along the first side surface of the cladding layer, the active layer, and the second conductivity type cladding layer on the surface of the first side surface and the front electrode layer and on the surface of the back electrode layer. There is provided a method for manufacturing a semiconductor laser, comprising a step of forming a layer and a step of forming a first electrode layer on a part of the first insulating layer and the surface electrode layer.
本発明によれば、ワイヤレス接続により、薄型パッケージ化の容易な半導体レーザおよびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser that can be easily packaged thinly and a manufacturing method thereof by wireless connection.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、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。又、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もちろんである。 Next, 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.
又、以下に示す第1〜第2の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 The first to second embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include components. The material, shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.
[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1の模式的鳥瞰構成は、図1に示すように表される。また、第1の実施の形態に係る半導体レーザ1を半導体実装基板32S上に搭載する様子を示す模式的鳥瞰構成は、図2に示すように表される。また、実際に、半導体実装基板32S上に搭載した模式的断面構造は、図3に示すように表される。また、半導体実装基板32S上の電極パターンの模式的平面パターン構成は、図4に示すように表される。図4の電極パターンの上に、第1の実施の形態に係る半導体レーザ1を搭載した、I−I線に沿う模式的断面構造が、図3に対応する。
[First embodiment]
A schematic bird's-eye view configuration of the
第1の実施の形態に係る半導体レーザ1は、図1に示すように、基板10と、基板10上に配置された第1導電型クラッド層14と、第1導電型クラッド層14上に配置された活性層16と、活性層16上に配置された第2導電型クラッド層18と、第2導電型クラッド層18上に配置された表面電極層20と、基板10の裏面に配置された裏面電極層22と、基板10・第1導電型クラッド層14・活性層16・第2導電型クラッド層18の第1劈開面42aに沿って形成され、第1劈開面42aおよび表面電極層20の表面上および裏面電極層22の表面上に延在して配置された第1絶縁層24aと、第1劈開面42aに対向する第2劈開面42bに沿って形成され、第2劈開面42bおよび表面電極層20の表面上および裏面電極層22の表面上に延在して配置された第2絶縁層24bと、第1絶縁層24a上および表面電極層20上の一部に配置された第1電極層26Aとを備える。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、第1の実施の形態に係る半導体レーザ1において、表面電極層20は、レーザストライプ80を備え、活性層16より第2絶縁層24bを介してレーザストライプ80に沿って、レーザ光hνfが放射される。
As shown in FIG. 1, in the
図2および図3に示すように、第1の実施の形態に係る半導体レーザ1において、表面電極層20に接続された第1電極層26AはLDのアノードであり、裏面電極層22は、LDのカソードである。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, in the
図2および図3に示すように、第1の実施の形態に係る半導体レーザ1は、半導体実装基板32Sと、半導体実装基板32S上に配置されたアノード電極パターン30Aと、半導体実装基板32S上に絶縁層30Iを介して配置されたカソード電極パターン30Kとを備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図2および図3に示すように、半導体実装基板32S上において、第1電極層26Aは、アノード電極パターン30A上に載置されて接続され、裏面電極層22は、カソード電極パターン30K上に載置されて接続される。ここで、カソード電極28は、カソード電極パターン30K上に一体的に形成されていても良い。また、カソード電極28は、裏面電極層22に予め接続されていても良い。この場合には、カソード電極28が、カソード電極パターン30K上に載置されて接続される。
As shown in FIGS. 2 and 3, on the
なお、図2においては、光学距離を調整するために、半導体実装基板32S上にアライメントマーク(図示省略)を配置し、画像処理を行って、半導体レーザ1のレーザ端面の位置を調整する、または半導体レーザ1の端面と半導体実装基板32Sの端面を揃えるようにしても良い。
In FIG. 2, in order to adjust the optical distance, alignment marks (not shown) are arranged on the
第1の実施の形態に係る半導体レーザ1において、半導体実装基板32Sには、例えば、シリコン基板が適用される。
In the
第1の実施の形態に係る半導体レーザ1を絶縁実装基板32I上に搭載する様子を示す模式的鳥瞰構造は、図5に示すように表される。また、実際に、絶縁実装基板32I上に搭載した模式的断面構造は、図6に示すように表される。また、絶縁実装基板32I上の電極パターンの模式的平面パターン構成は、図7に示すように表される。図7の電極パターンの上に、第1の実施の形態に係る半導体レーザ1を搭載した、II−II線に沿う模式的断面構造が、図6に対応する。
A schematic bird's-eye view showing a state in which the
図5および図6に示すように、第1の実施の形態に係る半導体レーザ1は、絶縁実装基板32Iと、絶縁実装基板32I上に配置されたアノード電極パターン30Aと、絶縁実装基板32I上に配置されたカソード電極パターン30Kとを備えていても良い。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
図5および図6に示すように、絶縁実装基板32I上において、第1電極層26Aは、アノード電極パターン30A上に載置されて接続され、裏面電極層22は、カソード電極パターン30K上に載置されて接続される。ここで、カソード電極28は、カソード電極パターン30K上に一体的に形成されていても良い。また、カソード電極28は、裏面電極層22に予め接続されていても良い。この場合には、カソード電極28が、カソード電極パターン30K上に載置されて接続される。
As shown in FIGS. 5 and 6, on the insulating mounting substrate 32I, the
第1の実施の形態に係る半導体レーザ1において、絶縁実装基板32Iには、例えば、窒化アルミニウム(AlN)基板若しくはアルミナ(Al2O3)基板が適用可能である。
In the
第1電極層26Aは、Auなどの薄膜金属層若しくは透明電極層を備えていても良い。透明電極層としては、例えば、ITO、ITZO、ZnOなどを適用することができる。
The
また、第1の実施の形態に係る半導体レーザ1において、図1・図3・図6に示すように、活性層16より、第1絶縁層24aおよび第1電極層26Aを介して出射されるモニター光hνrを検出するモニター光検出用フォトダイオード90を備えていても良い。なお、モニター光検出用フォトダイオード90は、半導体レーザ1から出射されるレーザ光hνfの波長に対する感度を有するものが望ましい。
Further, in the
また、第1の実施の形態に係る半導体レーザ1において、アノード電極パターン30Aと第1電極層26A、およびカソード電極パターン30Kと裏面電極層22は半田付けされている。すなわち、第1電極層26Aは、それぞれアノード電極パターン30Aにダイボンディングによって接続され、裏面電極層22は、カソード電極28を介して、カソード電極パターン30Kにダイボンディングによって接続される。
In the
ここで、例えば、基板10はGaAsで形成され、第1導電型クラッド層14および第2導電型クラッド層18は、AlInGaP層で形成され、活性層16は、InGaP/AlInGaPのペアで形成された多重量子井戸(MQW:Multi-Quantum Well)層で形成される。
Here, for example, the
ここで、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0<=x<1,0<y<=1)層を、簡単化してAlInGaP層と表示し、x=0に相当するGayIn1-yP(0<y<=1)層を、簡単化してInGaP層と表示している。 Here, the (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (0 <= x <1, 0 <y <= 1) layer is simplified and expressed as an AlInGaP layer, and corresponds to x = 0. The Ga y In 1-y P (0 <y <= 1) layer is simplified and displayed as an InGaP layer.
第1絶縁層24a、第2絶縁層24bの一方若しくは両方は、シリコン絶縁膜、シリコン窒化膜などによって形成される。
One or both of the first insulating
また、第1絶縁層24a、第2絶縁層24bの一方若しくは両方は、分布ブラック反射(DBR:Distributed Bragg Reflector)層を備えていても良い。DBR層としては、ZrO2、Al2O3、SiO2 、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、AlN、SiN、AlON、SiON、AlNx(0<x<1)いずれかを含む多層膜によって形成されていてもよい。ここで、AlNx(0<x<1)は、AlNのストイキオメトリ制御からずれている組成比の場合を示す。
One or both of the first insulating
また、DBR層は、高光反射特性を有し、例えば、ZrO2膜とSiO2膜からなる積層構造を備えていてもよい。ZrO2膜の厚さd1およびSiO2膜の厚さd2は、d1=λ/4n1、d2=λ/4n2となるように形成する。ここで、n1はZrO2膜の屈折率2.18であり、n2はSiO2膜の屈折率1.46である。 Further, the DBR layer has a high light reflection characteristic, and may have a laminated structure including, for example, a ZrO 2 film and a SiO 2 film. The thickness d1 of the ZrO 2 film and the thickness d2 of the SiO 2 film are formed such that d1 = λ / 4n 1 and d2 = λ / 4n 2 . Here, n 1 is the refractive index 2.18 of the ZrO 2 film, and n 2 is the refractive index 1.46 of the SiO 2 film.
また、第1絶縁層24a、第2絶縁層24bの一方若しくは両方は、酸素吸収層を備えていても良い。酸素吸収層としては、ZrO2、Al2O3、SiO2 、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、AlN、SiN、AlON、SiON、AlNx(0<x<1)いずれかを含む層が適用可能である。
One or both of the first insulating
(製造方法)
第1の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法は、基板10上に第1導電型クラッド層14を形成する工程と、第1導電型クラッド層14上に活性層16を形成する工程と、活性層16上に第2導電型クラッド層18を形成する工程と、第2導電型クラッド層18上に、表面電極層20を形成する工程と、基板10の裏面に裏面電極層22を形成する工程と、基板10、第1導電型クラッド層14、活性層16、第2導電型クラッド層18の第1劈開面42aに沿って、第1劈開面42aおよび表面電極層20の表面上および裏面電極層22の表面上に延在して第1絶縁層24aを形成する工程と、第1劈開面42aに対向する第2劈開面42bに沿って、第2劈開面42bおよび表面電極層20の表面上および裏面電極層22の表面上に延在して第2絶縁層24bを形成する工程と、第1絶縁層24a上および表面電極層20上の一部に第1電極層26Aを形成する工程とを有する。
(Production method)
The semiconductor laser manufacturing method according to the first embodiment includes a step of forming a first conductivity
また、第1の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法は、半導体実装基板32S上にアノード電極パターン30Aを形成する工程と、半導体実装基板32S上に絶縁層30Iを形成する工程と、絶縁層30I上にカソード電極パターン30Kを形成する工程と、カソード電極パターン30K上にカソード電極28を形成する工程と、半導体実装基板32S上において、第1電極層26Aを、アノード電極パターン30A上に載置し、裏面電極層22を、カソード電極パターン30K上に載置する工程とを有する。
The semiconductor laser manufacturing method according to the first embodiment includes a step of forming the
また、第1の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法は、絶縁実装基板32I上にアノード電極パターン30Aを形成する工程と、絶縁実装基板32I上にカソード電極パターン30Kを形成する工程と、カソード電極パターン30K上にカソード電極28を形成する工程と、絶縁実装基板32I上において、第1電極層26Aを、アノード電極パターン30A上に載置し、裏面電極層22を、カソード電極パターン30K上に載置する工程とを有していても良い。
The semiconductor laser manufacturing method according to the first embodiment includes a step of forming the
第1の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法において、ウェハプロセスの一工程を示す模式的断面構造は、図8(a)〜図8(d)に示すように表される。また、LDウェハ34を劈開面にそって劈開する様子を示す模式的鳥瞰構造、およびLDウェハ34を劈開面にそって劈開して形成された複数のLDバー36の模式的鳥瞰構造は、それぞれ図9(a)および図9(b)に示すように表される。
In the semiconductor laser manufacturing method according to the first embodiment, a schematic cross-sectional structure showing one step of the wafer process is expressed as shown in FIGS. 8 (a) to 8 (d). In addition, a schematic bird's-eye view structure showing how the
また、LDバー36とシリコンバー40を複数積層化した積層化構造50をLDバー固定装置38に挿入する一工程を示す模式的鳥瞰構造は、図10に示すように表される。
Also, a schematic bird's-eye view structure showing one step of inserting the
また、LDバー36とシリコンバー40を複数積層化した積層化構造50を形成する一工程を示す模式的断面構造は、図11に示すように表される。
Further, a schematic cross-sectional structure showing one step of forming a
第1の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法に使用するシリコンバー40の模式的鳥瞰構造は、図12に示すように表される。
A schematic bird's-eye view structure of the
積層化されたLDバー36の側壁、表面電極層20の一部および裏面電極層22の一部に第1絶縁層24a、第2絶縁層24bを形成する工程を示す模式的断面構造は、図13に示すように表される。
A schematic cross-sectional structure showing a process of forming the first insulating
図13の工程後、LDバー36と反転されたシリコンバー40を積層する一工程を示す模式的断面構造は、図14に示すように表される。
A schematic cross-sectional structure showing one step of stacking the
積層化されたLDバー36の第1絶縁層24a、第2絶縁層24b上および表面電極層20の一部に第1電極層26Aを形成する工程を示す模式的断面構造は、図15に示すように表される。
A schematic cross-sectional structure showing a step of forming the
第1の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を以下に説明する。 A method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment will be described below.
(a)まず、図8(a)に示すように、GaAs基板10上に、分子線エピタキシャル成長法(MBE:Molecular Beam Epitaxy)、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、第1導電型クラッド層14、活性層(MQW)16、第2導電型クラッド層18を順次形成する。
(A) First, as shown in FIG. 8A, a first conductive layer is formed on a
(b)次に、図8(b)に示すように、第2導電型クラッド層18上に表面電極層20をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成する。
(B) Next, as shown in FIG. 8B, the
(c)次に、図8(c)に示すように、GaAs基板10を裏面から薄層化する。この薄層化の工程は、例えば、ラッピング、ポリッシング、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)技術、エッチング技術などによって実施することができる。結果として、例えば、基板10の厚さを約90μmに形成することができる。厚さはこれに限るものではなく、約30μm〜250μm程度のいずれかとする。
(C) Next, as shown in FIG. 8C, the
(d)次に、図8(d)に示すように、基板10上に、裏面電極層22をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成する。裏面電極層22の材料としては、例えば、Au層、或いはAu/AuGe−Ni合金/Auからなる積層構造を用いることができる。
(D) Next, as shown in FIG. 8D, the
(e)次に、図9(a)に示すように、LDウェハ34を劈開面に沿って劈開する。その結果、図9(b)に示すように、幅W、長さLを有する複数のLDバー36を形成することができる。
(E) Next, as shown in FIG. 9A, the
(f)次に、図10に示すように、LDバー36とシリコンバー40を複数積層化した積層化構造50をLDバー固定装置38に挿入する。ここで、積層化構造50の詳細構造は、図11に示すように表される。シリコンバー40の構造は、図12に示すように、凸型形状を備えるため、積層化構造50において、表面電極層20の一部分と裏面電極層22の一部分は、シリコンバー40によって被覆されている。
(F) Next, as shown in FIG. 10, a
(g)次に、積層化構造50をLDバー固定装置38に挿入した状態で、図13に示すように、スパッタリング法によって、第1絶縁層24aおよび第2絶縁層24bを形成する。すなわち、W3の幅だけ表面電極層20の表面上にそれぞれ第1絶縁層24a、第2絶縁層24bが形成される。また、W2+W3の幅だけ裏面電極層22の表面上にそれぞれ第1絶縁層24a、第2絶縁層24bが形成される。ここで、LDバー36の幅Wに対して、W−(W1+2W2)=2W3の関係を有する。なお、図13において、シリコンバー40の側壁面上にも絶縁層が形成されるが、説明を簡単化するため、図示を省略している。ここで、第1絶縁層24aおよび第2絶縁層24bは、多層反射膜であり、第1絶縁層24aの反射率は約99%、第2絶縁層24bの反射率は約60%であり、通常の反射率調整のための多層膜を兼ねている。反射率の値は、これらに限定されるものではなく、例えば、第1絶縁層24aの反射率は約30〜100%、第2絶縁層24bの反射率は約5〜60%として選ぶこともできる。
(G) Next, with the stacked
(h)次に、図14に示すように、LDバー36と反転されたシリコンバー40を複数積層化して、積層化構造50aを形成する。なお、図14において使用するシリコンバー40は、必ずしも図14において使用したシリコンバー40を適用する必要はなく、電極層を形成する幅の寸法に応じて、別の寸法を有するシリコンバーを適宜選択可能である。また、シリコンバー40ではなく、LDバー36を反転させるようにしても良い。
(H) Next, as shown in FIG. 14, a plurality of LD bars 36 and inverted silicon bars 40 are stacked to form a
(i)次に、積層化構造50aをLDバー固定装置38に挿入した状態で、図15に示すように、第1電極層26Aをスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成する。すなわち、W2+W3の幅だけ表面電極層20の表面上にそれぞれ第1電極層26Aが形成される。W2の幅で、第1電極層26Aは、表面電極層20と接続されている。また、W3の幅だけ裏面電極層22の表面上にそれぞれ第1電極層26Aが形成される。ここで、図12に示されるシリコンバー40の厚さD1、D2は、スパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成する第1電極層26Aの回り込みを充分に確保できる程度の厚さを備えていれば良い。また、図15において、シリコンバー40の側壁面上にも電極層が形成されるが、説明を簡単化するため、図示を省略している。
(I) Next, in a state where the
(j)次に、積層化構造50aをLDバー固定装置38から取り外し、シリコンバー40を取り外す。LDバー36を分割して、結果として、図1に示される第1の実施の形態に係る半導体レーザ1を得る。
(J) Next, the
(k)次に、図2に示すように、半導体実装基板32S上にアノード電極パターン30Aおよびカソード電極パターン30Kを真空蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成し、所定のストライプ形状などにパターニングする。
(K) Next, as shown in FIG. 2, the
(l)次に、図3に示すように、半導体実装基板32S上に半導体レーザ1を載置し、アノード電極パターン30Aおよびカソード電極パターン30Kをそれぞれ第1電極層26A、カソード電極パターン30Kを裏面電極層22にダイボンディングによって接続する。
(L) Next, as shown in FIG. 3, the
第1の実施の形態によれば、半導体レーザの組み立て時にワイヤボンディングが不要となるため、パッケージを薄くすることができる。 According to the first embodiment, wire bonding is not required when assembling the semiconductor laser, and the package can be made thin.
第1の実施の形態によれば、半導体レーザの製造方法が簡略化されるため、チップ化までの製造工程に要する時間を短縮することができる。 According to the first embodiment, since the semiconductor laser manufacturing method is simplified, the time required for the manufacturing process until chip formation can be shortened.
(GaAs系ストライプ型LD)
第1の実施の形態に係る半導体レーザ1に適用可能なGaAs系ストライプ型LDの模式的鳥瞰構成例は、図16に示すように表される。図16において、X方向は、レーザストライプの延長方向、すなわち、劈開面に垂直な方向であり、Y方向は、レーザストライプの延長方向に直交する方向、すなわち、劈開面に平行な方向である。
(GaAs stripe LD)
A schematic bird's-eye view configuration example of a GaAs stripe LD applicable to the
第1の実施の形態に係る半導体レーザ1に適用するGaAs系ストライプ型LDは、図16に示すように、GaAs基板102と、GaAs基板102上に配置されたn型クラッド層130と、n型クラッド層130上に配置されたエッチングストップ層131と、エッチングストップ層131上に配置されたn型クラッド層132と、n型クラッド層132上に配置された活性層133と、活性層133上に配置されたp型クラッド層134と、p型クラッド層134上に配置されたキャップ層104と、p型クラッド層134およびキャップ層104の側壁部に配置された電流ブロック層105,106と、キャップ層104および電流ブロック層105,106上に配置されたコンタクト層101と、コンタクト層101上に配置された蒸着層135と、蒸着層135上に配置されたメッキ電極層136とを備える。
As shown in FIG. 16, the GaAs stripe LD applied to the
メッキ電極層136の両端部は、図16に示すように、中央部に比べ薄い。
As shown in FIG. 16, both end portions of the plated
n型クラッド層130・132は、例えば、Alx1Ga1-x1As(0.3≦x1≦0.7、例えば、x1=0.5)からなる。n型クラッド層130・132には、例えば、Siを約2×1018cm-3程度ドープしている。 The n-type cladding layers 130 and 132 are made of, for example, Al x1 Ga 1-x1 As (0.3 ≦ x1 ≦ 0.7, for example, x1 = 0.5). The n-type cladding layers 130 and 132 are doped with, for example, about 2 × 10 18 cm −3 of Si.
エッチングストップ層131は、n型またはノンドープの、例えばIn0.49Ga0.51Pからなり、例えば、約0.01μm〜0.05μm程度に形成されている。
The
n型クラッド層130、エッチングストップ層131およびn型クラッド層132の全体の厚さは、例えば、約2μm〜4μm程度に形成される。
The total thickness of the n-
活性層133は、Aly1Ga1-y1As(0.05≦y1≦0.2、例えば、y1=0.15)のバルク構造またはAly2Ga1-y2As(0.01≦y2≦0.1、例えば、y2=0.05)からなるウェル層とAly3Ga1-y3As(0.2≦y3≦0.5、y2<y3、例えば、y3=0.3)からなるバリア層とのシングル量子井戸(SQW:Single Quantum Well)
若しくはMQW構造によって、全体として、例えば、約0.01μm〜0.2μm程度に形成される。
The
Alternatively, the overall thickness is, for example, about 0.01 μm to 0.2 μm by the MQW structure.
p型クラッド層134は、例えば、Alx2Ga1-x2As(0.3≦x2≦0.7、例えば、x2=0.5)からなり、例えば、約0.5μm〜4μm程度に形成される。p型クラッド層134内には、p型またはノンドープの、例えばIn0.49Ga0.51Pからなるエッチストップ層(図示省略)が、例えば、約0.01μm〜0.05μm程度に形成されている。
The p-
尚、活性層133とn型クラッド層132との間、活性層133とp型クラッド層134との間に光ガイド層を設ける構造、活性層133とn型クラッド層132との間にビーム拡大層を設ける構造など、他の半導体層がいずれかの層間に介在されていても良い。
A structure in which a light guide layer is provided between the
前述の例では、AlGaAs系化合物半導体の例であったが、InGaAlP系化合物で構成する場合には、例えば、In0.49(Ga1-uAlu)0.51P(0.45≦u≦0.8、例えば、u=0.7)層によって、n型クラッド層132およびp型クラッド層134を形成することができ、In0.49(Ga1-v1Alv1)0.51P(0≦v1≦0.25、例えば、v1=0)/In0.49(Ga1-v2Alv2)0.51P(0.3≦v2≦0.7、例えば、v2=0.4)によるSQW構造若しくはMQW構造などによって、活性層133を形成することができる。
In the above-described example, the example is an AlGaAs-based compound semiconductor. However, in the case of an InGaAlP-based compound, for example, In 0.49 (Ga 1 -u Al u ) 0.51 P (0.45 ≦ u ≦ 0.8). For example, the n-type clad
尚、エッチングストップ層131は、In0.49Ga0.51Pに限定されるものではなく、例えば、In0.49(Ga0.8Al0.2)0.51Pなどを使用することもできる。
The
また、p型クラッド層134にリッジ部を形成するためのエッチングは以下の通りである。例えば、CVD法などにより、SiO2またはSiNxなどからなるマスクを形成し、例えば、ドライエッチングなどにより、キャップ層104を選択的にエッチングし、引き続きHClのようなエッチング液により、p型クラッド層134をエッチングすることにより、図16に示されるように、リッジ部がストライプ状に形成される。
Etching for forming a ridge portion in the p-
キャップ層104は、例えば、p型In0.49Ga0.51Pからなり、厚さは、例えば、約0.01μm〜0.05μm程度である。キャップ層104は、後の工程でコンタクト層101を形成する際に、半導体積層部の表面に酸化膜などが形成されて、汚れるのを防止するためのものである。GaAsなどの他の半導体層で形成されていても良い。また、表面の汚れさえ防止することできるのであれば、無くても良い。
The
コンタクト層101は、キャップ層104および電流ブロック層105,106上に、例えば、p型GaAs層により、その厚さが0.05μm〜10μm程度に形成される。
The
電流ブロック層105,106としては、AlGaAs、GaAs、INAlPなどを用いることができる。 As the current blocking layers 105 and 106, AlGaAs, GaAs, INAlP, or the like can be used.
第1の実施の形態に係る半導体レーザ1に適用するGaAs系ストライプ型LDにおいて、LDバー36上に配置されるLD素子の数を増加させて、クワッドビーム以上のマルチビームのレーザ光を発生することもできる。ここで、半導体実装基板32S上に実装する場合は、図3と同様の構成が可能であり、絶縁実装基板32I上に実装する場合は、図6と同様の構成が可能である。
In the GaAs stripe LD applied to the
第1の実施の形態に係る半導体発光素子に適用するGaAs系ストライプ型LDにおいて、n型クラッド層132、活性層133、p型クラッド層134としては、例えば、赤外光である780nm波長発光用のAlGaAs系化合物半導体や、例えば、赤色光である650nm波長発光用のInGaAlP系化合物半導体が適用可能である。
In the GaAs stripe LD applied to the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, the n-
また、上述したGaAs系ストライプ型LDの実装構造は、図2〜図3、或いは、図5〜図6の構成が適用可能である。 Moreover, the structure of FIGS. 2 to 3 or FIGS. 5 to 6 can be applied to the mounting structure of the GaAs stripe LD described above.
(GaN系ストライプ型LD)
第1の実施の形態に係る半導体レーザに適用可能なGaN系ストライプ型LDの模式的鳥瞰構成例は、図17に示すように表される。
(GaN-based stripe LD)
A schematic bird's-eye view configuration example of a GaN-based stripe LD applicable to the semiconductor laser according to the first embodiment is expressed as shown in FIG.
第1の実施の形態に係る半導体レーザに適用するGaN系ストライプ型LD170は、図17に示すように、GaN単結晶基板171と、GaN単結晶基板171上に結晶成長によって形成されたIII族窒化物半導体積層構造172と、GaN単結晶基板171の裏面(III族窒化物半導体積層構造172と反対側の表面)に接触するように形成されたn側電極173と、III族窒化物半導体積層構造172の表面に接触するように形成されたp側電極140とを備えたファブリペロー型LDである。
As shown in FIG. 17, a GaN-based stripe-
GaN単結晶基板171は、m面を主面とし、m面上における結晶成長によって、III族窒化物半導体積層構造172が形成される。したがって、III族窒化物半導体積層構造172は、m面を結晶成長主面とするIII族窒化物半導体からなる。
The GaN
III族窒化物半導体積層構造172は、発光層180と、n型半導体層181と、p型半導体層182とを備えている。
The group III nitride
n型半導体層181は発光層180に対してGaN単結晶基板171側に配置されており、p型半導体層182は発光層180に対してp側電極140側に配置されている。
The n-
発光層180が、n型半導体層181およびp型半導体層182によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成される。
The
n型半導体層181は、GaN単結晶基板171側から順に、n型GaNコンタクト層183(例えば2μm厚)、n型AlGaNクラッド層184(1.5μm厚以下、例えば1.0μm厚)およびn型GaNガイド層185(例えば0.1μm厚)を積層して構成される。
The n-
一方、p型半導体層182は、発光層180の上に、順に、p型AlGaN電子ブロック層186(例えば20nm厚)、p型GaNガイド層187(例えば0.1μm厚)、p型AlGaNクラッド層188(1.5μm厚以下。例えば0.4μm厚)およびp型GaNコンタクト層189(例えば0.3μm厚)を積層して構成される。
On the other hand, the p-
n型GaNコンタクト層183およびp型GaNコンタクト層189は、それぞれn側電極173およびp側電極140とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。n型GaNコンタクト層183は、GaNに、例えばn型ドーパントとしてのSiを高濃度にドープ(ドーピング濃度は、例えば、3×1018cm-3)することによってn型半導体とされている。また、p型AlGaNコンタクト層189は、p型ドーパントとしてのMgを高濃度にドープ(ドーピング濃度は、例えば、3×1019cm-3)することによってp型半導体層とされている。
The n-type
n型AlGaNクラッド層184およびp型AlGaNクラッド層188は、発光層180からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。
The n-type
n型AlGaNクラッド層184は、AlGaNに例えばn型ドーパントとしてのSiをドープ(ドーピング濃度は、例えば、1×1018cm-3)することによってn型半導体とされている。また、p型AlGaNクラッド層188は、p型ドーパントとしてのMgをドープ(ドーピング濃度は、例えば、1×1019cm-3)することによってp型半導体層とされている。n型AlGaNクラッド層184は、n型GaNガイド層185よりもバンドギャップが広く、p型AlGaNクラッド層188は、p型GaNガイド層187よりもバンドギャップが広い。これにより、良好な閉じ込めを行うことができ、低閾値および高効率の半導体レーザダイオードを実現できる。
The n-type
発光層180は、例えばInGaNを含むMQW構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。発光層180は、具体的には、InGaN層(例えば3nm厚)とGaN層(例えば9nm厚)とを交互に複数周期繰り返し積層して構成されている。この場合に、InGaN層は、Inの組成比が5%以上とされることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、量子井戸層を構成する。一方、GaN層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層(障壁層)として機能する。例えば、InGaN層とGaN層とは交互に2〜7周期繰り返し積層されて、MQW構造の発光層180が構成されている。発光波長は、量子井戸層(InGaN層)におけるInの組成を調整することによって、400nm〜550nmとされている。上記MQW構造は、Inを含む量子井戸の数が3以下とされることが好ましい。
The
p型半導体層182は、その一部が除去されることによって、リッジストライプ120を形成している。より具体的には、p型コンタクト層189、p型AlGaNクラッド層188およびp型GaNガイド層187の一部がエッチング除去され、横断面視ほぼ台形形状(メサ形)のリッジストライプ120が形成されている。このリッジストライプ120は、c軸方向に沿って形成されている。
A part of the p-
III族窒化物半導体積層構造172は、リッジストライプ120の長手方向両端における劈開により形成された一対の共振器端面191,192(劈開面)を有している。この一対の共振器端面191,192は、互いに平行であり、いずれもc軸に垂直である。
The group III nitride
n型GaNガイド層185、発光層180およびp型GaNガイド層187によって、共振器端面191,192を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。
The n-type
すなわち、発光層180で発生した光は、共振器端面191,192の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面191,192からレーザ光として素子外に取り出される。
That is, light generated in the
n側電極173は、例えばAl金属からなり、p側電極140は、例えば、Al金属、Pd/Au合金からなり、それぞれp型コンタクト層189およびGaN単結晶基板171にオーミック接続されている。p側電極140がリッジストライプ120の頂面(ストライプ状の接触領域)のp型GaNコンタクト層189だけに接触するように、n型GaNガイド層187およびp型AlGaNクラッド層188の露出面を覆う絶縁層176が設けられている。これにより、リッジストライプ120に電流を集中させることができるので、効率的なレーザ発振が可能になる。また、リッジストライプ120の表面は、p側電極140との接触部を除く領域が絶縁層176で覆われて保護されているので、横方向の光閉じ込めを緩やかにして制御を容易にすることができるとともに、側面からのリーク電流を防ぐことができる。絶縁層176は、屈折率が1よりも大きな絶縁材料、例えば、SiO2やZrO2で構成することができる。
The n-
さらに、リッジストライプ120の頂面はm面となっていて、このm面にp側電極140が形成されている。そして、n側電極173が形成されているGaN単結晶基板171の裏面もm面である。このように、p側電極140およびn側電極173のいずれもがm面に形成されているので、レーザの高出力化や高温動作に十分に耐えられる信頼性を実現できる。
Further, the top surface of the
共振器端面191,192は、それぞれ絶縁膜(図17では図示省略)によって被覆されている。共振器端面191は、+c軸側共振器端面であり、共振器端面192は−c軸側共振器端面である。すなわち、共振器端面191の結晶面は+c面であり、共振器端面192の結晶面は−c面である。−c面側の絶縁膜は、アルカリに溶けるなど化学的に弱い−c面を保護する保護膜として機能することができ、GaN系ストライプ型LD170の信頼性の向上に寄与する。
The resonator end faces 191 and 192 are respectively covered with an insulating film (not shown in FIG. 17). The
第1の実施の形態に係る半導体レーザに適用可能な別のGaN系ストライプ型LDの模式的鳥瞰構成例は、図18に示すように表される。 A schematic bird's-eye view configuration example of another GaN-based stripe LD applicable to the semiconductor laser according to the first embodiment is expressed as shown in FIG.
第1の実施の形態に係る半導体レーザに適用する別のGaN系ストライプ型LDは、図18に模式的に示すように、窒化物半導体レーザ本体270と、窒化物半導体レーザ本体270上に配置されるレーザストライプ280と、窒化物半導体レーザ本体270およびレーザストライプ280のレーザ光の出射端面200上に配置される酸素吸収層250と、窒化物半導体レーザ本体270およびレーザストライプ280のレーザ光の出射端面200と対向する反対側に配置される後端面保護膜260とを備える。ここで、窒化物半導体レーザ本体270は、図17の構成と同様に構成されていても良い。
Another GaN-based stripe LD applied to the semiconductor laser according to the first embodiment is arranged on the nitride
酸素吸収層250および後端面保護膜260は、図18に示すように、窒化物半導体レーザ本体270およびレーザストライプ280の両方の端面を共通に被覆するように配置されている。
As shown in FIG. 18, the
酸素吸収層250は、ZrO2、Al2O3、SiO2 、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、AlN、SiN、AlON、SiON、AlNx(0<x<1)いずれかを含む。
The
後端面保護膜260は、ZrO2、Al2O3、SiO2 、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、AlN、SiN、AlON、SiON、AlNx(0<x<1)いずれかを含む多層膜によって形成される。ここで、AlNx(0<x<1)は、AlNのストイキオメトリ制御からずれている組成比の場合を示す。
The rear end face
上述したGaN系ストライプ型LDの実装構造は、図2〜図3、或いは、図5〜図6の構成が適用可能である。 As the mounting structure of the GaN-based stripe LD described above, the configurations of FIGS. 2 to 3 or FIGS. 5 to 6 can be applied.
第1の実施の形態によれば、ワイヤレス接続により、薄型パッケージ化の容易なストライプ型の半導体レーザおよびその製造方法を提供することができる。 According to the first embodiment, it is possible to provide a stripe-type semiconductor laser that can be easily packaged thinly and a manufacturing method thereof by wireless connection.
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態に係る半導体レーザ2の模式的鳥瞰構成は、図19に示すように表される。第2の実施の形態に係る半導体レーザ2は、ストライプ型LDの代わりに、面発光領域100を有する面発光型LDを備える。第2の実施の形態に係る半導体レーザ2は、レーザ発振に伴うキャビティー共振器が結晶成長面に対して、垂直方向に形成され、面発光領域100を開口部として、レーザ光hνは、図19に示すように垂直方向に放射される。
[Second Embodiment]
A schematic bird's-eye view configuration of the semiconductor laser 2 according to the second embodiment is expressed as shown in FIG. The semiconductor laser 2 according to the second embodiment includes a surface emitting LD having a
第2の実施の形態に係る半導体レーザ2は、図19に示すように、基板10と、基板10上に配置された第1導電型クラッド層14と、第1導電型クラッド層14上に配置された活性層16と、活性層16上に配置された第2導電型クラッド層18と、第2導電型クラッド層18上に配置された表面電極層20と、基板10の裏面に配置された裏面電極層22と、基板10、第1導電型クラッド層14、活性層16、第2導電型クラッド層18の第1側面42aに沿って形成され、第1側面42aおよび表面電極層20の表面上および裏面電極層22の表面上に延在して配置された第1絶縁層24aと、第1絶縁層24a上および表面電極層20上の一部に配置された第1電極層26Aとを備える。
As shown in FIG. 19, the semiconductor laser 2 according to the second embodiment is disposed on the
図19に示すように、第2の実施の形態に係る半導体レーザ2において、表面電極層20は、面発光領域100を備え、活性層16より第2導電型クラッド層18を介して面発光領域100にそって、レーザ光hνが放射される。
As shown in FIG. 19, in the semiconductor laser 2 according to the second embodiment, the
表面電極層20は、面発光領域100を備え、活性層16より第2導電型クラッド層18を介して面発光領域100にそって、レーザ光を出射する。
The
第1電極層は、薄膜金属層若しくは透明電極層を備えていても良い。 The first electrode layer may include a thin film metal layer or a transparent electrode layer.
上記において、第1側面42aは、必ずしも劈開面で構成されている必要はない。同様に、第1側面42aに対向する第2側面42bは、必ずしも劈開面で構成されている必要はない。
In the above, the
第2の実施の形態に係る半導体レーザ2は、面発光型半導体レーザであるため、表面電極層20の材料としては、透明導電膜であることが望ましい。例えば、薄いチタン層およびAu層などを用いて形成することができる。また、ITO、IZTO、ZnOなどを用いて形成することができる。裏面電極層22は、例えばAu層で形成されている。
Since the semiconductor laser 2 according to the second embodiment is a surface emitting semiconductor laser, the material of the
その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。 The other configuration is the same as that of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
(製造方法)
第2の実施の形態に係る半導体レーザ2の製造方法は、基板10上に第1導電型クラッド層14を形成する工程と、第1導電型クラッド層14上に活性層16を形成する工程と、活性層16上に第2導電型クラッド層18を形成する工程と、第2導電型クラッド層18上に、表面電極層20を形成する工程と、基板10の裏面に裏面電極層22を形成する工程と、基板10、第1導電型クラッド層14、活性層16、第2導電型クラッド層18の第1側面42aに沿って、第1側面42aおよび表面電極層20の表面上および裏面電極層22の表面上に延在して第1絶縁層24aを形成する工程と、第1絶縁層24a上および表面電極層20上の一部に第1電極層26Aを形成する工程とを有する。
(Production method)
The manufacturing method of the semiconductor laser 2 according to the second embodiment includes a step of forming the first conductivity
また、第2の実施の形態に係る半導体レーザ2の製造方法は、半導体実装基板32S上にアノード電極パターン30Aを形成する工程と、半導体実装基板32S上に絶縁層30Iを形成する工程と、絶縁層30I上にカソード電極パターン30Kを形成する工程と、カソード電極パターン30K上にカソード電極28を形成する工程と、半導体実装基板32S上において、第1電極層26Aを、アノード電極パターン30A上に載置し、裏面電極層22を、カソード電極パターン30K上に載置する工程とを有する。
In addition, the manufacturing method of the semiconductor laser 2 according to the second embodiment includes a step of forming the
また、第2の実施の形態に係る半導体レーザ2の製造方法は、絶縁実装基板32I上にアノード電極パターン30Aを形成する工程と、絶縁実装基板32I上にカソード電極パターン30Kを形成する工程と、カソード電極パターン30K上にカソード電極28を形成する工程と、絶縁実装基板32I上において、第1電極層26Aを、アノード電極パターン30A上に載置し、裏面電極層22を、カソード電極パターン30K上に載置する工程とを有していても良い。
The method for manufacturing the semiconductor laser 2 according to the second embodiment includes a step of forming the
第2の実施の形態に係る半導体レーザ2の製造方法において、ウェハプロセス工程は、図8(a)〜図8(d)と同様に表される。また、LDウェハ34をスクライブ面にそってスクライブする様子を示す模式的鳥瞰構造、およびLDウェハ34をスクライブ面にそってスクライブして形成された複数のLDバー36の模式的鳥瞰構造は、それぞれ図9(a)および図9(b)と同様に表される。第2の実施の形態に係る半導体レーザ2の製造方法において、その他の製造工程は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
In the method of manufacturing the semiconductor laser 2 according to the second embodiment, the wafer process steps are expressed in the same way as in FIGS. 8A to 8D. Further, a schematic bird's-eye view structure showing a state where the
(GaAs系面発光型LD)
第2の実施の形態に係る半導体レーザに適用可能なGaAs系面発光型LDの模式的鳥瞰構成例は、図20に示すように表される。
(GaAs surface emitting LD)
A schematic bird's-eye view configuration example of a GaAs surface emitting LD applicable to the semiconductor laser according to the second embodiment is expressed as shown in FIG.
第2の実施の形態に係る半導体レーザに適用するGaAs系面発光型LDは、図20に示すように、基板310と、基板310上に設けられ、AlaGa1-aAs層とAlbGa1-bAs層(a<b<1)を交互に積層して形成されたn型(第1導電型)DBR320と、n型DBR320上に設けられたn型クラッド層330と、第1導電型クラッド層330上に設けられた活性層332と、活性層332上に設けられたp型(第2導電型)クラッド層334と、n型クラッド層330、活性層332、及びp型クラッド層334を第1導電型DBRとで挟むように設けられ、AlaGa1-aAs層とAlbGa1-bAs層を交互に積層して形成されたp型DBR350とを備える。n型DBR320及びp型DBR350それぞれの合計膜厚は、例えば、レーザ発振波長の1/2程度の光学距離であり、AlaGa1-aAs層の膜厚はAlbGa1-bAs層の膜厚より薄く構成されている。
As shown in FIG. 20, the GaAs surface emitting LD applied to the semiconductor laser according to the second embodiment is provided on the
基板310は、例えば、n型のドーパントとしてSiがドープされたn型GaAs基板である。
The
n型DBR320は、ペア数が50〜80程度となるように、AlaGa1-aAs層とAlbGa1-bAs層(a<b<1)を交互に積層して形成される。p型DBR350は、ペア数kが30〜50程度となるように、AlaGa1-aAs層とAlbGa1-bAs層(a<b<1)を交互に積層して形成される。AlaGa1-aAs層のAl組成比aは、45%≦a≦50%であることが好ましい。Al組成比は、45%以下であるとレーザ発振波長(660nm)において吸収係数が高くなり光を吸収してしまうので好ましくなく、50%以上であると高い共振器反射率を得るために好ましくない。また、AlbGa1-bAs層のAl組成比bは、90%≦b≦95%であることが好ましい。AlbGa1-bAs層のAl組成比は、上記の範囲以外であるときは、2種の半導体層の屈折率差が小さくなってしまい高反射率が得られなくなるので、高い共振器反射率を得るために好ましくない。
The n-
n型DBR320とp型DBR350を構成する半導体層のそれぞれの膜厚は、低い熱抵抗、且つ、高い反射率となるように決定される。そこで、低い熱抵抗、且つ、高い反射率を得るためにn型DBR320とp型DBR350を構成する半導体層のうちAlaGa1-aAs層の膜厚は、レーザ発振波長の3/20の光学距離より厚く、レーザ発振波長の1/4の光学距離より薄いことが好ましい。
The thicknesses of the semiconductor layers constituting the n-
n型DBR320とp型DBR350の反射率については、n型DBR320とp型DBR350を構成する層がAlを含む半導体層であるので、Al組成比の増加に伴ってワイドギャップ化し屈折率が小さくなる。そこで、n型DBR320とp型DBR350が高い反射率を得るためには、n型DBR320及びp型DBR350を構成する層のうち、Al組成比が大きい半導体層の厚さをなるべく減少させて構成することが好ましい。
Regarding the reflectivity of the n-
n型クラッド層330は、例えば、n型のドーパントとしてSiがドープされたInGaAlPからなる。n型クラッド層330上には、n型のドーパントとしてSiがドープされたInGaAlPからなり、活性層332内の光密度を調整する機能を有するn型光ガイド層(図示略)を設けても構わない。
The n-
活性層332は、n型クラッド層330から供給される電子とp型クラッド層334から供給される正孔が再結合し光を発生する。活性層332は、例えば、井戸層を井戸層よりもバンドギャップの大きなバリア層でサンドイッチ状に挟んだ(QW構造とすることができる。なお、この量子井戸構造は、井戸層が1つではなく多重化してもよく、活性層332をMQWにすることもできる。MQWである活性層332は、InGaAlPとInGaPとが交互に2〜4ペア積層された構造とすることができる。活性層332上には、例えば、p型のドーパントとしてMgがドープされたInGaAlPからなり、活性層332内の光密度を調整する役割を持つp型光ガイド層(図示略)を設けることができる。
In the
p型クラッド層334は、例えば、p型のドーパントとしてMgがドープされたInGaAlPからなる。p型クラッド層334上には、酸化狭窄層340が設けられている。酸化狭窄層340は、導波路となる領域に選択的に電流を流すために電流狭窄構造を有する層である。酸化狭窄層340は一例として、図20に示すように、p型クラッド層334上に設けられるが、活性層332とp側コンタクト層との間にあればよい。酸化狭窄層340の電流狭窄構造は、酸化速度が異なるアルミニウムの組成層を選択的に酸化することによって形成することができる。
The p-
第2の実施の形態に係る半導体レーザに適用可能なGaAs系面発光型LDは、更に、n型クラッド層330に電圧を印加するカソード電極360と、p型クラッド層334に電圧を印加するアノード電極362を備える。図20に示すように、カソード電極360は基板310の裏面側に、アノード電極362はp型DBR350の表面に配置される。カソード電極360は、例えばAl金属からなり、アノード電極362は、例えばパラジウム(Pd)−金(Au)合金からなる。アノード電極362は、リング状の形状であり、8μm〜25μm程度のアパーチャ径を持ったレーザ光の面発光領域100である開口部を有する。そして、カソード電極360は基板310に、アノード電極362はp型DBR350に、それぞれオーミック接続される。なお、基板310とカソード電極360の間に、n型のn側コンタクト層を配置してもよい。また、p型DBR350とアノード電極362の間に、p型のp側コンタクト層を配置してもよい。
The GaAs surface emitting LD applicable to the semiconductor laser according to the second embodiment further includes a
第2の実施の形態によれば、ワイヤレス接続構成を採用したことにより、素子の組み立て時には、表面電極に対してワイヤボンディングを実施する必要がなくなり、素子上部からの光の取り出し効率が改善され、かつ薄型パッケージを実現することができる。 According to the second embodiment, by adopting the wireless connection configuration, it is not necessary to perform wire bonding on the surface electrode when the element is assembled, and the light extraction efficiency from the upper part of the element is improved. In addition, a thin package can be realized.
上述したGaAs系面発光型LDの実装構造は、図2〜図3、或いは、図5〜図6の構成が適用可能である。 The mounting structure of the above-described GaAs-based surface-emitting type LD can be applied to the configurations shown in FIGS. 2 to 3 or FIGS.
第2の実施の形態によれば、ワイヤレス接続により、薄型パッケージ化の容易な面発光型の半導体レーザおよびその製造方法を提供することができる。 According to the second embodiment, it is possible to provide a surface-emitting type semiconductor laser that can be easily made into a thin package and a method for manufacturing the same by wireless connection.
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1〜第2の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述およ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様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present invention has been described according to the first to second embodiments. However, it should not be understood that the description 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.
第1〜第2の実施の形態においては、基板10および第1導電型クラッド層14の導電型をn型とし、第2導電型クラッド層18の導電型をp型とする例が開示されているが、これらの導電型を反対にしても良い。この場合、アノード電極とカソード電極は逆の構成となり、表面電極層20に接続される第1電極層はカソード電極に接続され、裏面電極層22はアノード電極に接続される。
In the first to second embodiments, examples are disclosed in which the conductivity type of the
シリコンバー40は、シリコンに限らず、他の材料を用いて形成したバーであっても良い。
The
このように、本発明はここでは記載していない様々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 not described herein. Therefore, 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.
本発明の半導体レーザは、半導体実装基板若しくは絶縁実装基板を有するLD全般に利用可能であり、光メモリ、レーザプリンタ、ディスプレイ、照明、超並列システム、光インターコネクトなど幅広い分野に適用可能である。 The semiconductor laser of the present invention can be used for all LDs having a semiconductor mounting substrate or an insulating mounting substrate, and can be applied to a wide range of fields such as an optical memory, a laser printer, a display, illumination, a massively parallel system, and an optical interconnect.
1、2…半導体レーザ
10…基板
14…第1導電型クラッド層(n型クラッド層)
16…活性層(MQW)
18…第2導電型クラッド層(p型クラッド層)
20…表面電極層
22…裏面電極層
24a、24b…絶縁層
26A…第1電極層
28…カソード電極
30A…アノード電極パターン
30K…カソード電極パターン
30I…絶縁層
30S、44…半田層
32I…絶縁実装基板
32S…半導体実装基板
34…LDウェハ
36…LDバー
38…LDバー固定装置
40…シリコンバー
42a、42b…側面(劈開面)
50、50a…積層化構造
80…レーザストライプ
90…モニター光検出用フォトダイオード
100…面発光領域
1, 2 ...
16 ... Active layer (MQW)
18 ... Second conductivity type cladding layer (p-type cladding layer)
DESCRIPTION OF
50, 50a ...
Claims (17)
前記基板上に配置された第1導電型クラッド層と、
前記第1導電型クラッド層上に配置された活性層と、
前記活性層上に配置された第2導電型クラッド層と、
前記第2導電型クラッド層上に配置された表面電極層と、
前記基板の裏面に配置された裏面電極層と、
前記基板、前記第1導電型クラッド層、前記活性層、前記第2導電型クラッド層の第1劈開面に沿って形成され、前記第1劈開面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して配置された第1絶縁層と、
前記第1劈開面に対向する第2劈開面に沿って形成され、前記第2劈開面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して配置された第2絶縁層と、
前記第1絶縁層上および前記表面電極層上の一部に配置された第1電極層と
を備えることを特徴とする半導体レーザ。 A substrate,
A first conductivity type cladding layer disposed on the substrate;
An active layer disposed on the first conductivity type cladding layer;
A second conductivity type cladding layer disposed on the active layer;
A surface electrode layer disposed on the second conductivity type cladding layer;
A back electrode layer disposed on the back surface of the substrate;
Formed along the first cleaved surface of the substrate, the first conductivity type clad layer, the active layer, and the second conductivity type clad layer, on the surface of the first cleaved surface and the surface electrode layer, and the back electrode A first insulating layer disposed extending over the surface of the layer;
A second insulation formed along a second cleavage surface opposite to the first cleavage surface and extending on the surface of the second cleavage surface, the surface electrode layer, and the surface of the back electrode layer Layers,
And a first electrode layer disposed on a part of the first insulating layer and on the surface electrode layer.
前記活性層より前記第2絶縁層を介して前記レーザストライプに沿って、レーザ光を出射することを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ。 The surface electrode layer comprises a laser stripe;
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a laser beam is emitted from the active layer along the laser stripe through the second insulating layer.
前記半導体実装基板上に配置されたアノード電極パターンと、
前記半導体実装基板上に絶縁層を介して配置されたカソード電極パターンと
を備え、前記半導体実装基板上において、前記第1電極層は、前記アノード電極パターン上に載置されて接続され、前記裏面電極は、前記カソード電極パターン上に載置されて接続されたことを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ。 A semiconductor mounting substrate;
An anode electrode pattern disposed on the semiconductor mounting substrate;
A cathode electrode pattern disposed on the semiconductor mounting substrate via an insulating layer, wherein the first electrode layer is mounted on and connected to the anode electrode pattern on the semiconductor mounting substrate, and the back surface 4. The semiconductor laser according to claim 3, wherein the electrode is placed on and connected to the cathode electrode pattern.
前記絶縁実装基板上に配置されたアノード電極パターンと、
前記絶縁実装基板上に配置されたカソード電極パターンと
を備え、前記絶縁実装基板上において、前記第1電極層は、前記アノード電極パターン上に載置されて接続され、前記裏面電極は、前記カソード電極パターン上に載置されて接続されたことを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ。 An insulated mounting board; and
An anode electrode pattern disposed on the insulating mounting substrate;
A cathode electrode pattern disposed on the insulating mounting substrate, wherein the first electrode layer is placed on and connected to the anode electrode pattern on the insulating mounting substrate, and the back electrode is connected to the cathode electrode 4. The semiconductor laser according to claim 3, wherein the semiconductor laser is mounted on and connected to an electrode pattern.
前記基板上に配置された第1導電型クラッド層と、
前記第1導電型クラッド層上に配置された活性層と、
前記活性層上に配置された第2導電型クラッド層と、
前記第2導電型クラッド層上に配置された表面電極層と、
前記基板の裏面に配置された裏面電極層と、
前記基板、前記第1導電型クラッド層、前記活性層、前記第2導電型クラッド層の第1側面に沿って形成され、前記第1側面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して配置された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上および前記表面電極層上の一部に配置された第1電極層と
を備えることを特徴とする半導体レーザ。 A substrate,
A first conductivity type cladding layer disposed on the substrate;
An active layer disposed on the first conductivity type cladding layer;
A second conductivity type cladding layer disposed on the active layer;
A surface electrode layer disposed on the second conductivity type cladding layer;
A back electrode layer disposed on the back surface of the substrate;
Formed along the first side surface of the substrate, the first conductivity type cladding layer, the active layer, and the second conductivity type cladding layer, on the surface of the first side surface and the surface electrode layer, and on the back electrode layer A first insulating layer disposed extending on the surface;
And a first electrode layer disposed on a part of the first insulating layer and on the surface electrode layer.
前記活性層より前記第2導電型クラッド層を介して前記面発光領域にそって、レーザ光を出射することを特徴とする請求項11に記載の半導体レーザ。 The surface electrode layer includes a surface emitting region,
12. The semiconductor laser according to claim 11, wherein a laser beam is emitted from the active layer along the surface emitting region through the second conductivity type cladding layer.
前記第1導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第2導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第2導電型クラッド層上に、表面電極層を形成する工程と、
前記基板の裏面に裏面電極層を形成する工程と、
前記基板、前記第1導電型クラッド層、前記活性層、前記第2導電型クラッド層の第1劈開面に沿って、前記第1劈開面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して第1絶縁層を形成する工程と、
前記第1劈開面に対向する第2劈開面に沿って、前記第2劈開面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して第2絶縁層を形成する工程と、
前記第1絶縁層上および前記表面電極層上の一部に第1電極層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。 Forming a first conductivity type cladding layer on a substrate;
Forming an active layer on the first conductivity type cladding layer;
Forming a second conductivity type cladding layer on the active layer;
Forming a surface electrode layer on the second conductivity type cladding layer;
Forming a back electrode layer on the back surface of the substrate;
Along the first cleavage surface of the substrate, the first conductivity type cladding layer, the active layer, and the second conductivity type cladding layer, on the surface of the first cleavage surface and the surface electrode layer, and on the back electrode layer Extending a surface to form a first insulating layer;
A step of forming a second insulating layer extending along the second cleaved surface facing the first cleaved surface, on the surface of the second cleaved surface, the surface electrode layer, and the surface of the back electrode layer When,
Forming a first electrode layer on a part of the first insulating layer and on the surface electrode layer. A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising:
前記第1導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第2導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第2導電型クラッド層上に、表面電極層を形成する工程と、
前記基板の裏面に裏面電極層を形成する工程と、
前記基板、前記第1導電型クラッド層、前記活性層、前記第2導電型クラッド層の第1側面に沿って、前記第1側面および前記表面電極層の表面上および前記裏面電極層の表面上に延在して第1絶縁層を形成する工程と、
前記第1絶縁層上および前記表面電極層上の一部に第1電極層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。 Forming a first conductivity type cladding layer on a substrate;
Forming an active layer on the first conductivity type cladding layer;
Forming a second conductivity type cladding layer on the active layer;
Forming a surface electrode layer on the second conductivity type cladding layer;
Forming a back electrode layer on the back surface of the substrate;
Along the first side surface of the substrate, the first conductivity type cladding layer, the active layer, and the second conductivity type cladding layer, on the surface of the first side surface and the surface electrode layer, and on the surface of the back electrode layer Extending to and forming a first insulating layer;
Forming a first electrode layer on a part of the first insulating layer and on the surface electrode layer. A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising:
前記半導体実装基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上にカソード電極パターンを形成する工程と、
前記半導体実装基板上において、前記第1電極層を、前記アノード電極パターン上に載置し、前記裏面電極層を、前記カソード電極パターン上に載置する工程と
を有することを特徴とする請求項14または15に記載の半導体レーザの製造方法。 Forming an anode electrode pattern on a semiconductor mounting substrate;
Forming an insulating layer on the semiconductor mounting substrate;
Forming a cathode electrode pattern on the insulating layer;
The method includes: placing the first electrode layer on the anode electrode pattern and placing the back electrode layer on the cathode electrode pattern on the semiconductor mounting substrate. A method for manufacturing a semiconductor laser according to 14 or 15.
前記絶縁実装基板上にカソード電極パターンを形成する工程と、
前記絶縁実装基板上において、前記第1電極層を、前記アノード電極パターン上に載置し、前記裏面電極層を、前記カソード電極パターン上に載置する工程と
を有することを特徴とする請求項14または15に記載の半導体レーザの製造方法。 Forming an anode electrode pattern on the insulating mounting substrate;
Forming a cathode electrode pattern on the insulating mounting substrate;
The method includes: placing the first electrode layer on the anode electrode pattern and placing the back electrode layer on the cathode electrode pattern on the insulating mounting substrate. A method for manufacturing a semiconductor laser according to 14 or 15.
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