JP2005203746A - Semiconductor laser device and manufacturing method thereof and optical disk device and light transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法および光ディスク装置および光伝送システムに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device, a manufacturing method thereof, an optical disc apparatus, and an optical transmission system.
従来、半導体レーザ素子としては、活性層上にリッジ部を有し、一回の結晶成長で製造されるリッジ導波路型のものがある。この半導体レーザ素子は、結晶成長工程が3回必要なリッジ埋め込み型半導体レーザ素子に比べて製造工程が簡便なため、低コストで半導体レーザ素子を製造することができるというメリットがある。 Conventionally, as a semiconductor laser device, there is a ridge waveguide type device having a ridge portion on an active layer and manufactured by a single crystal growth. This semiconductor laser device has an advantage that the semiconductor laser device can be manufactured at low cost because the manufacturing process is simpler than that of the ridge embedded semiconductor laser device that requires three crystal growth steps.
図9に電流狭窄に絶縁体膜を使わず、ショットキー接合を用いて電流狭窄を行うリッジ導波路型半導体レーザ素子の断面図を示している(例えば、特開平4−111375号公報(特許文献1)参照)。この半導体レーザ素子は次のようにして製造される。 FIG. 9 shows a cross-sectional view of a ridge waveguide type semiconductor laser device that performs current confinement using a Schottky junction without using an insulator film for current confinement (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-111375 (Patent Document). 1)). This semiconductor laser device is manufactured as follows.
まず、図9に示すように、有機金属化学気相成長(MOCVD)法により、n−GaAs基板401上に、n−InGaPクラッド層402と、InGaAs/GaAs歪量子井戸活性層403と、p−InGaPクラッド層404と、p−InGaAsコンタクト層405を順次積層し、フォトリソグラフィなどの手法により、p−InGaPクラッド層404の途中までエッチングを行ってメサを形成した後、p側電極406としてTi/Pt/Auを、n側電極407としてAu−Ge−Ni/Auを順次蒸着する。このようにして製作された素子に電流を流すと、p−InGaPクラッド層404とp側電極406との間にショットキー接合部408が形成され、p側電極とp−InGaAsコンタクト層405との間にのみ電流が流れて、電流狭窄が行われる。
First, as shown in FIG. 9, an n-
このようなリッジ導波路型半導体レーザ素子の構造とすることによって、従来のリッジ埋め込み構造の半導体レーザ素子の製造工程においては合計3度の結晶成長工程が必要であったものが1度の結晶成長工程で製造できるようになり、大幅に製造工程を削減することができる。 By adopting such a ridge waveguide type semiconductor laser element structure, a crystal growth process of one time is required in which a total of three crystal growth steps are required in the manufacturing process of a conventional semiconductor laser element with a ridge buried structure. It becomes possible to manufacture in the process, and the manufacturing process can be greatly reduced.
しかしながら、従来のリッジ導波路型半導体レーザ素子には以下のような課題があった。すなわち、半導体レーザ素子においては、レーザ発振動作時に活性層付近で発生した熱は基板を介して金属からなるパッケージあるいはステムに放熱させるのが一般的であるが、上述のようにリッジ導波路型半導体レーザ素子では、活性層が基板と反対側の極表層に近いところに形成されているために放熱性が悪い。これは半導体基板材料の熱伝導率が悪いことに起因する。放熱特性が悪いために、高出力動作時に素子の温度が上昇し、そのことに伴って閾値電流が増加して十分な高出力動作ができなかったり、長期の素子信頼性が低下してしまうという課題があった。 However, the conventional ridge waveguide type semiconductor laser device has the following problems. That is, in a semiconductor laser device, heat generated in the vicinity of an active layer during laser oscillation operation is generally dissipated to a metal package or stem through a substrate, but as described above, a ridge waveguide semiconductor In the laser element, the active layer is formed near the extreme surface layer on the side opposite to the substrate, so that heat dissipation is poor. This is due to the poor thermal conductivity of the semiconductor substrate material. Due to the poor heat dissipation characteristics, the temperature of the element rises during high output operation, and as a result, the threshold current increases and sufficient high output operation cannot be performed, or long-term element reliability decreases. There was a problem.
さらに、リッジ構造が再成長工程によって埋め込まれず剥き出しになっているために、取り扱いに慎重を期さないと、容易にリッジ部が破損してしまうという課題もあった。 Furthermore, since the ridge structure is not embedded by the regrowth process and is exposed, there is a problem that the ridge portion is easily damaged unless care is taken in handling.
前者の放熱の課題に対しては、一般に基板の厚みを薄くすることで対策がなされるが、基板を薄くすると機械的強度が低下するため、ハンドリングが困難になるという課題が新たに生じる。さらに、上述した従来のショットキー接合を用いて電流狭窄を行うリッジ導波路型半導体レーザ素子においては、基板厚みが薄くなって上部電極と下部電極間の距離が近くなると、ショットキー接合部分の絶縁破壊的な故障モードが発生するという問題がある。
本発明は、これらの課題を克服し、良好な放熱特性とハンドリング性を有し、かつショットキー接合を用いた電流狭窄を行う構成において絶縁破壊を防止でき、さらにリッジ部が容易に破損しないリッジ導波路型の半導体レーザ素子とその製造方法を得ることを目的とする。すなわち、低コスト・高歩留りで製造できると共に、低閾値電流発振,高出力動作が可能な長期信頼性に優れた半導体レーザ素子とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention overcomes these problems, has good heat dissipation characteristics and handling properties, and can prevent dielectric breakdown in a configuration in which current confinement is performed using a Schottky junction, and the ridge portion is not easily damaged. It is an object of the present invention to obtain a waveguide type semiconductor laser device and a manufacturing method thereof. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that can be manufactured at a low cost and a high yield, and that is capable of low threshold current oscillation and high output operation, and has excellent long-term reliability, and a manufacturing method thereof.
さらに本発明は、上記課題を克服した半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置および光伝送システムを提供することを目的とする。 A further object of the present invention is to provide an optical disk apparatus and an optical transmission system using a semiconductor laser element that overcomes the above-mentioned problems.
本発明の半導体レーザ素子は、第1導電型の基板上に形成された活性層と、上記活性層上に形成された第2導電型の半導体層群とを有し、上記第2導電型の半導体層群の上側の一部がストライプ状のリッジ部を形成している半導体レーザ素子であって、上記リッジ部を含む上記第2導電型の半導体層群を覆うように上部電極が形成され、少なくとも上記リッジ部上面の面積よりも広い領域の上記上部電極の表面が実装面となることを特徴としている。 The semiconductor laser device of the present invention includes an active layer formed on a first conductivity type substrate and a second conductivity type semiconductor layer group formed on the active layer. A semiconductor laser element in which a part of the upper side of the semiconductor layer group forms a striped ridge portion, and an upper electrode is formed so as to cover the second conductivity type semiconductor layer group including the ridge portion, At least the surface of the upper electrode in a region wider than the area of the upper surface of the ridge portion is a mounting surface.
上記構成の半導体レーザ素子によれば、動作時に活性層で発生した熱を、熱伝導率が相対的に悪い基板側を介さず、上部電極側に効率よく放熱させることができるので、高出力動作に適し、長期信頼性を有する半導体レーザ素子を提供することができる。また、上述したように基板を介さずに放熱させるので、基板の厚みを従来よりも薄くする必要がなく、その結果、機械的強度が低下しないため良好なハンドリング性を有することができる。ここで、実装面とは、半導体レーザ素子が、外部のパッケージ、ステムまたはヒートシンクなどの放熱体などに実装される時の接合面を指す。 According to the semiconductor laser device having the above configuration, the heat generated in the active layer during operation can be efficiently dissipated to the upper electrode side without passing through the substrate side having relatively poor thermal conductivity, so that the high power operation is achieved. It is possible to provide a semiconductor laser device suitable for the above and having long-term reliability. Further, since the heat is radiated without passing through the substrate as described above, it is not necessary to make the thickness of the substrate thinner than the conventional one, and as a result, the mechanical strength is not lowered, so that good handling properties can be obtained. Here, the mounting surface refers to a bonding surface when the semiconductor laser device is mounted on an external package, a heat radiator such as a stem or a heat sink.
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記第2導電型の半導体層群の上側の一部であって、上記ストライプ状のリッジ部の両脇に上記リッジ部の高さより高いダミーリッジ部が設けられており、上記リッジ部および上記ダミーリッジ部を含む上記第2導電型の半導体層群を覆うように上記上部電極が形成されていることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor laser device includes a dummy ridge portion that is part of the upper side of the second conductivity type semiconductor layer group and is higher than the height of the ridge portion on both sides of the striped ridge portion. The upper electrode is formed so as to cover the semiconductor layer group of the second conductivity type including the ridge portion and the dummy ridge portion.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記リッジ構造の両脇に形成された上記ダミーリッジ部が、その高さが上記リッジ部よりも高いために上記リッジ構造に対する保護構造体として作用し、上記リッジ部および上記ダミーリッジ部を含む上記第2導電型層を上記上部電極が覆っていることと相まって、リッジ構造の破損を防止し、歩留りを向上させることができる。 According to the semiconductor laser device of the embodiment, the dummy ridge portion formed on both sides of the ridge structure acts as a protective structure for the ridge structure because its height is higher than the ridge portion, In combination with the upper electrode covering the second conductivity type layer including the ridge portion and the dummy ridge portion, damage to the ridge structure can be prevented and the yield can be improved.
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記ダミーリッジ部が、上記リッジ部と同一の半導体層群と、上記ダミーリッジ部を構成する半導体層群表面に設けられた絶縁体膜からなることを特徴とする。 In one embodiment, the dummy ridge portion includes the same semiconductor layer group as the ridge portion and an insulator film provided on the surface of the semiconductor layer group constituting the dummy ridge portion. Features.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記ダミーリッジ部を構成する半導体層をリッジ部と同一とし、上記ダミーリッジ部表面に絶縁体膜を形成することによって、その高さをリッジ部よりも高くすることができ、そのようなリッジ部よりも高いダミーリッジ部をリッジ部の両脇に設けることによって、上部電極側を実装面とする時にもリッジ部の破損を防止することができるようになる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the semiconductor layer constituting the dummy ridge portion is made the same as the ridge portion, and an insulator film is formed on the surface of the dummy ridge portion, so that the height is higher than that of the ridge portion. By providing dummy ridges on both sides of the ridge that are higher than the ridge, it is possible to prevent damage to the ridge even when the upper electrode side is the mounting surface. Become.
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記ダミーリッジ部が、その上に形成された上記上部電極との間でショットキー接合をなす電流遮断層を上記リッジ部と同一の半導体層群上に有することを特徴とする。 In one embodiment, the dummy ridge portion has a current blocking layer that forms a Schottky junction with the upper electrode formed on the dummy ridge portion on the same semiconductor layer group as the ridge portion. It is characterized by having.
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記ダミーリッジ部が、上記リッジ部と同一の半導体層群上に、第1導電型の半導体層からなる電流遮断層を有することを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the dummy ridge portion includes a current blocking layer made of a first conductivity type semiconductor layer on the same semiconductor layer group as the ridge portion.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、別途絶縁体膜を設けることなしに、ダミーリッジ部への電流注入を遮断できる半導体層群構造が得られる。この半導体層群は一貫した結晶成長工程で作成可能であるので、低コストで製造できる一方、ダミーリッジ部には電流遮断層が形成されているためにリッジ部よりも高さが高く、上部電極側を実装面とした構成においても、リッジ部が破損することがない。 According to the semiconductor laser device of the above-described embodiment, a semiconductor layer group structure capable of blocking current injection into the dummy ridge portion can be obtained without providing a separate insulator film. Since this semiconductor layer group can be produced by a consistent crystal growth process, it can be manufactured at a low cost. On the other hand, the dummy ridge portion has a current blocking layer and is higher than the ridge portion. Even in the configuration in which the side is the mounting surface, the ridge portion is not damaged.
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記活性層から上記上部電極までの厚さ方向の最短距離をHcとし、上記リッジ部の厚さ方向の高さをHrとし、上記リッジ部の両側における上記上部電極の膜厚をHeとし、上記リッジ部の傾斜面の下側の縁を基点として、上記基板の平面に平行な方向かつ上記リッジ部から離れる方向の距離をxとしたとき、少なくともx≦(Hc+He)の範囲内において、
He > Hr
の条件を満足することが好ましい。
In one embodiment, the shortest distance in the thickness direction from the active layer to the upper electrode is Hc, the height in the thickness direction of the ridge portion is Hr, and both sides of the ridge portion are When the film thickness of the upper electrode is He, and the distance in the direction parallel to the plane of the substrate and away from the ridge portion is x, with the lower edge of the inclined surface of the ridge portion as a base point, at least x Within the range of ≦ (Hc + He),
He> Hr
It is preferable to satisfy the following conditions.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、半導体レーザ素子の動作中に活性層で発生した熱を、効率よく上部クラッド層側の表面に設けられた上部電極に放熱する。このとき、上部電極の表面における放熱分布から、リッジ部の傾斜面の下側の縁からの距離xが少なくとも(Hc+He)tan45°以下の範囲において、上部電極の膜厚Heをリッジ部の高さHrよりも大きくすることで、上部電極への放熱特性を最良にすることができる。そのことにより、半導体レーザ素子の温度特性が向上し、より高温での動作時でも閾値電流の上昇が抑えられる。また、リッジ部よりも高い上部電極によりリッジ部の両側がカバーされているため、リッジ部の物理的破損が防止できるという効果もある。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the heat generated in the active layer during the operation of the semiconductor laser device is efficiently radiated to the upper electrode provided on the surface on the upper cladding layer side. At this time, from the distribution of heat radiation on the surface of the upper electrode, the thickness He of the upper electrode is set to the height of the ridge when the distance x from the lower edge of the inclined surface of the ridge is at least (Hc + He) tan 45 ° or less. By making it larger than Hr, the heat radiation characteristic to the upper electrode can be optimized. As a result, the temperature characteristics of the semiconductor laser device are improved, and an increase in the threshold current can be suppressed even when operating at a higher temperature. Further, since both sides of the ridge portion are covered with the upper electrode higher than the ridge portion, there is an effect that physical damage of the ridge portion can be prevented.
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、少なくとも上記He>Hrの条件を満足する上記上部電極の領域に放熱体が接続されていてもよい。 In the semiconductor laser device of one embodiment, a heat radiator may be connected to the region of the upper electrode that satisfies at least the condition of He> Hr.
上記実施形態の半導体レーザ素子に従えば、活性層から発生した熱を上部電極を介して効果的に外部の放熱体に拡散させることができ、半導体レーザ素子の温度特性をさらに向上させることができる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the heat generated from the active layer can be effectively diffused to the external heat sink through the upper electrode, and the temperature characteristics of the semiconductor laser device can be further improved. .
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記上部電極が多層金属膜であって、少なくとも上記He>Hrの条件を満足する上記多層金属膜の領域の最上層が金または金合金からなっていてもよい。 In one embodiment, the upper electrode is a multilayer metal film, and the uppermost layer in the region of the multilayer metal film that satisfies at least the condition of He> Hr is made of gold or a gold alloy. Also good.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記多層金属膜の領域の最上層に金または金合金を用いることで熱伝導特性が良くなり、動作時の放熱がより促進される。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the use of gold or a gold alloy for the uppermost layer in the region of the multilayer metal film improves the heat conduction characteristics and further promotes heat dissipation during operation.
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記多層金属膜が、少なくとも上記He>Hrの条件を満足する領域における総膜厚に対する金または金合金からなる最上層の膜厚の比が9/10以上であることが望ましい。 In one embodiment, the ratio of the thickness of the uppermost layer made of gold or a gold alloy to the total thickness of the multilayer metal film in a region satisfying at least the condition of He> Hr is 9/10. The above is desirable.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、リッジ部の高さHrを超えるような厚い上部電極を形成する場合、良好な熱伝導率を有する金または金合金を総膜厚に対する膜厚の比9/10以上用いることにより、上部電極構造での発熱を最小限にすることができる。それと同時に、他の金属を用いて厚い上部電極を形成する場合と比較して、硬度が小さい金を用いることでより半導体レーザ素子に与える応力を小さくすることができる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, when a thick upper electrode exceeding the height Hr of the ridge portion is formed, the ratio of the thickness of the gold or gold alloy having a good thermal conductivity to the total thickness is 9 By using / 10 or more, heat generation in the upper electrode structure can be minimized. At the same time, the stress applied to the semiconductor laser element can be further reduced by using gold having a low hardness as compared with the case where the thick upper electrode is formed using another metal.
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記x≦(Hc+He)の範囲内において、
He > 3Hr
の条件を満足することが望ましい。
In the semiconductor laser device of one embodiment, within the range of x ≦ (Hc + He),
He> 3Hr
It is desirable to satisfy the following conditions.
上記実施形態の半導体レーザによれば、上部電極をリッジ部に対する良好な保護体とすることができると共に、上部電極を熱圧着により放熱体に接続する際にも、リッジ部にダメージが加わることを避けることができる。 According to the semiconductor laser of the above embodiment, the upper electrode can be a good protector for the ridge portion, and the ridge portion is also damaged when the upper electrode is connected to the heat sink by thermocompression bonding. Can be avoided.
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記上部電極のチップ端部近傍の領域の膜厚が、上記上部電極の他の領域の膜厚よりも小さくしてもよい。 In one embodiment, the thickness of the region in the vicinity of the chip end of the upper electrode may be smaller than the thickness of the other region of the upper electrode.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、半導体レーザ素子の動作時の発熱を良好に放熱しつつ、チップへの分割をより容易に行うことのできる構造が提供される。 According to the semiconductor laser device of the above-described embodiment, a structure is provided that can be more easily divided into chips while favorably dissipating heat generated during operation of the semiconductor laser device.
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記リッジ部の両側における上記上部電極と上記半導体層群との間のショットキー接合を用いて、上記リッジ部に対する電流狭窄を行ってもよい。 In the semiconductor laser device of one embodiment, current confinement may be performed on the ridge portion using a Schottky junction between the upper electrode and the semiconductor layer group on both sides of the ridge portion.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上部電極と半導体層群との間に絶縁層を設けることなく電流狭窄を行うことができ、低コストで製造できる半導体レーザ素子に対して、良好な放熱特性を有する電極構造を付加することができる。ここで、一般的なエアリッジ構造においても、本電極構造を適用することで、その放熱効果を十分大きくすることが可能であり、エアリッジ構造の絶縁層には、窒化珪素(SiNx)や酸化珪素(SiO2)などが使用できる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, current confinement can be performed without providing an insulating layer between the upper electrode and the semiconductor layer group, and good heat dissipation can be achieved with respect to the semiconductor laser device that can be manufactured at low cost. An electrode structure having characteristics can be added. Here, even in a general air ridge structure, it is possible to sufficiently increase the heat dissipation effect by applying this electrode structure, and silicon nitride (SiN x ) or silicon oxide is used as an insulating layer of the air ridge structure. (SiO 2 ) can be used.
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記第2導電型の半導体層群は、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層からなり、上記上部電極と上記低濃度半導体層の界面に、上記上部電極の構成元素の少なくとも1つと上記低濃度半導体層の構成元素の少なくとも1つとからなる低濃度側の化合物層が形成され、上記上部電極と上記高濃度半導体層の界面に、上記上部電極の構成元素の少なくとも1つと上記高濃度半導体層の構成元素の少なくとも1つとからなる高濃度側の化合物層が形成されていることが好ましい。 In one embodiment, the semiconductor layer group of the second conductivity type includes at least a low-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3. The above-mentioned high concentration semiconductor layer, and at the interface between the upper electrode and the low concentration semiconductor layer, on the low concentration side comprising at least one of the constituent elements of the upper electrode and at least one of the constituent elements of the low concentration semiconductor layer A compound layer is formed, and a high-concentration compound layer comprising at least one of the constituent elements of the upper electrode and at least one of the constituent elements of the high-concentration semiconductor layer is formed at the interface between the upper electrode and the high-concentration semiconductor layer. Preferably it is formed.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、ドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層と上部電極とのオーミック接合では、上記高濃度側の化合物層によってより低コンタクト抵抗が得られると共に、ドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層と上部電極とのショットキー接合では、上記低濃度側の化合物層によって十分な電流狭窄が得られる。このようにオーミック接合性とショットキー接合性がともにより強化されるので、電流狭窄を行うための埋め込み層(電流ブロック層)の結晶再成長工程と、低コンタクト抵抗を得るためのコンタクト層の結晶再成長工程を別途行うことなく、十分な電流狭窄性と低コンタクト抵抗を実現でき、熱的、電気的信頼性が向上する。このように製造工程が簡略化され、さらに良好な放熱特性を有する上部電極を備えているために、低閾値電流で発振し、かつ高出力動作が可能で、長期信頼性が得られると共に、製造工程の簡略化によりコストを低減でき、従来構造を有する半導体レーザ素子と同等以上の信頼性と高出力特性を低消費電力にて実現できる半導体レーザ素子を提供することができる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, in the ohmic junction between the high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more and the upper electrode, a lower contact resistance is obtained by the high concentration side compound layer. In addition, in the Schottky junction between the low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and the upper electrode, a sufficient current confinement can be obtained by the low concentration side compound layer. Since the ohmic junction and Schottky junction are both strengthened in this way, the crystal regrowth process of the buried layer (current block layer) for current confinement and the crystal of the contact layer for low contact resistance Sufficient current constriction and low contact resistance can be realized without performing a separate regrowth process, and thermal and electrical reliability is improved. In this way, the manufacturing process is simplified, and the upper electrode having better heat dissipation characteristics is provided, so that it oscillates at a low threshold current, enables high output operation, and provides long-term reliability. By simplifying the process, the cost can be reduced, and a semiconductor laser device capable of realizing reliability and high output characteristics equivalent to or higher than those of a semiconductor laser device having a conventional structure with low power consumption can be provided.
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層が形成されていることが好ましい。 In one embodiment, a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more is formed between the low concentration semiconductor layer and the active layer. Preferably it is.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以上の第2導電型の半導体層をさらに形成することによって、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、要求される光学特性仕様に応じて自在に第2導電型の半導体層の層厚・組成等を変更することができるようになるために光学設計の自由度が増すと共に、素子抵抗の上昇を抑えることができ、一層の低消費電力化を図ることができる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, a second conductivity type semiconductor layer having at least a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more is further formed between the low concentration semiconductor layer and the active layer. This makes it possible to freely change the layer thickness and composition of the second conductivity type semiconductor layer according to the required optical characteristic specifications without being restricted in consideration of the Schottky junction characteristics. As the degree of freedom in optical design increases, an increase in element resistance can be suppressed, and a further reduction in power consumption can be achieved.
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記高濃度半導体層が上記リッジ部の最上部に設けられ、上記低濃度半導体層が少なくとも上記リッジ部の最上部以外の領域に設けられていることが好ましい。 In one embodiment, the high-concentration semiconductor layer is provided at the top of the ridge portion, and the low-concentration semiconductor layer is provided at least in a region other than the top of the ridge portion. preferable.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、リッジ部の最上部に高濃度半導体層が設けられ、その最上部以外の領域に低濃度半導体層が設けられた構造において、第2導電型の半導体層群の高濃度半導体層上と低濃度半導体層上に形成された同一の上部電極によって、電流狭窄を行うショットキー接合部分と電流注入を行うオーミック接合部分を同時に形成できるため、製造コストを大幅に低減できる半導体レーザ素子を提供することができる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, in the structure in which the high concentration semiconductor layer is provided at the uppermost portion of the ridge portion and the low concentration semiconductor layer is provided in the region other than the uppermost portion, the semiconductor layer of the second conductivity type The same upper electrode formed on the high-concentration semiconductor layer and the low-concentration semiconductor layer of the group can simultaneously form a Schottky junction portion for current confinement and an ohmic junction portion for current injection, greatly increasing the manufacturing cost. A semiconductor laser device that can be reduced can be provided.
また、一実施形態の半導体レーザ素子では、上記基板の厚みが80μm以上であってもよい。 In one embodiment, the thickness of the substrate may be 80 μm or more.
上記実施形態の半導体レーザ素子によれば、上部電極・下部電極間距離の接近による電界強度の増大を抑えることができ、ショットキー接合を用いて電流狭窄を行う半導体レーザ素子における動作時の絶縁破壊による故障を抑制することができる。 According to the semiconductor laser device of the above embodiment, it is possible to suppress an increase in electric field strength due to the approach of the distance between the upper electrode and the lower electrode, and dielectric breakdown during operation in the semiconductor laser device that performs current confinement using a Schottky junction. Failure due to can be suppressed.
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第1導電型の基板上に活性層を形成する工程と、上記活性層上に第2導電型の半導体層群を形成する工程と、上記第2導電型の半導体層群の上側の一部を除去してストライプ状のリッジ部を形成する工程と、上記リッジ部を含む上記第2導電型の半導体層群を覆うように薄膜電極を形成する工程と、上記薄膜電極の少なくとも上記リッジ部の両側の領域上に厚膜電極を形成する工程を含み、上記薄膜電極と上記厚膜電極で表面が実装面となる上部電極を形成することを特徴としている。 The method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention includes a step of forming an active layer on a first conductivity type substrate, a step of forming a second conductivity type semiconductor layer group on the active layer, A step of removing a part of the upper side of the two-conductivity-type semiconductor layer group to form a striped ridge portion, and a thin-film electrode so as to cover the second-conductivity-type semiconductor layer group including the ridge portion Forming a thick film electrode on at least the regions on both sides of the ridge portion of the thin film electrode, and forming an upper electrode whose surface is a mounting surface by the thin film electrode and the thick film electrode. It is said.
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記リッジ部を含む第2導電型の半導体層群を覆うように薄膜電極を形成し、その薄膜電極の少なくともリッジ部の両側の領域上に厚膜電極を形成する方法が提供され、活性層にて発生した熱を効率よく上部電極側に放熱させる構成を有する半導体レーザ素子を製造することができる。 According to the method of manufacturing the semiconductor laser device of the above embodiment, the thin film electrode is formed so as to cover the second conductivity type semiconductor layer group including the ridge portion, and at least on both sides of the ridge portion of the thin film electrode. A method of forming a thick film electrode is provided, and a semiconductor laser device having a configuration in which heat generated in the active layer is efficiently radiated to the upper electrode side can be manufactured.
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、上記薄膜電極を形成する工程において、最上層を金または金合金からなる多層金属膜を形成し、上記薄膜電極を形成する工程において、上記薄膜電極を給電メタルとして、上記厚膜電極をメッキにより形成することが望ましい。 In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor laser device, in the step of forming the thin film electrode, a multilayer metal film made of gold or a gold alloy is formed as an uppermost layer, and the thin film electrode is formed in the step of forming the thin film electrode. It is desirable to form the thick film electrode by plating using the electrode as a power supply metal.
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジ部の構造が形成された側の基板表面全体に形成された薄膜電極を、後でメッキ法により形成される厚膜電極の給電メタルとして作用させることができるため、別途給電メタル工程を行うことがなくなり、製造コストが低減される。その際、薄膜電極の最上層を金(Au)とすることで給電メタルの抵抗を低減し、メッキ電流を下げることができる。 According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the above embodiment, the thin film electrode formed on the entire substrate surface on the side where the ridge structure is formed is used as a power supply metal for the thick film electrode formed later by plating. Since it can be made to act, it is not necessary to perform a separate power supply metal process, and the manufacturing cost is reduced. At this time, the uppermost layer of the thin film electrode is made of gold (Au), so that the resistance of the feeding metal can be reduced and the plating current can be lowered.
さらに、上記メッキにおいてチップ端部近傍の領域にレジストマスクで覆い、金からなる厚膜電極形成後、別途レジスト等のマスクを使用せずに、チップ端部近傍の領域の薄膜電極最上層の金が除去される程度に軽くエッチングすることにより、端面コーティング時のへき開やチップ分割時の分割領域にある薄膜電極最上層の金が除去できる。金が残っていると延性・展性に富むため、分割不良がおきやすいが、上記構成により、チップ分割時の不良を防止することができるようになる。 Further, in the above plating, the region near the chip end is covered with a resist mask, and after forming a thick film electrode made of gold, the gold layer on the uppermost layer of the thin film electrode in the region near the chip end is not used without using a mask such as a separate resist. By lightly etching to such an extent that is removed, gold on the uppermost layer of the thin-film electrode in the divided area at the time of end face coating or chip division can be removed. If gold remains, because it is rich in ductility and malleability, division defects are likely to occur. However, the above configuration can prevent defects during chip division.
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記厚膜電極が金または金合金からなり、少なくとも上記リッジ部の両側の上記厚膜電極の領域に放熱体を熱圧着させる工程を含んでいてもよい。 In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor laser device, the thick film electrode is made of gold or a gold alloy, and includes a step of thermocompression bonding a radiator to at least the thick film electrode regions on both sides of the ridge portion. May be.
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、別途糊材となる物質を電極と放熱体との間に介する必要がないため、放熱性を悪化させることがない。また、糊材が半導体レーザ素子の側面に盛り上がって電気的に短絡させてしまうような実装上の不良を引き起こすことも防止できるという効果がある。 According to the manufacturing method of the semiconductor laser device of the above embodiment, it is not necessary to separately provide a substance serving as a paste material between the electrode and the heat radiating body, so that the heat dissipation is not deteriorated. Further, there is an effect that it is possible to prevent a mounting defect such that the paste material rises on the side surface of the semiconductor laser element and is electrically short-circuited.
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記活性層上に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層からなる第2導電型の半導体層群を形成すると共に、上記薄膜電極の形成後に熱処理を行うことによって、上記薄膜電極と上記第2導電型の半導体層群との界面に化合物層を形成する工程とを含むことが好ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to one embodiment, in the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, a low concentration of at least a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less is formed on the active layer. Forming a second conductive type semiconductor layer group comprising a semiconductor layer and a high-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more, and performing a heat treatment after the formation of the thin-film electrode; It is preferable to include a step of forming a compound layer at the interface with the second conductivity type semiconductor layer group.
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、ドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層と薄膜電極とのショットキー接合において上記化合物層によって十分な電流狭窄が得られると共に、ドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層と薄膜電極とのオーミック接合において上記化合物層によって、より低コンタクト抵抗が得られる。このようにショットキー接合性とオーミック接合性がより強化されるので、電流ブロック層の埋め込み再成長工程や電極コンタクト層の結晶再成長工程を行うことなしに、低閾値電流発振と高出力動作が可能で、長期信頼性が得られると共に、製造工程の簡略化によりコストを低減できる放熱特性に優れた半導体レーザ素子の製造方法が提供される。したがって、十分な電流狭窄性と優れた素子信頼性が得られ、かつ、低消費電力で高出力動作が可能な半導体レーザ素子を製造することが可能となる。 According to the method for manufacturing the semiconductor laser device of the above embodiment, sufficient current confinement can be obtained by the compound layer in the Schottky junction between the low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and the thin film electrode. At the same time, a lower contact resistance can be obtained by the compound layer in the ohmic junction between the high-concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more and the thin film electrode. Since the Schottky junction and ohmic junction are further strengthened in this way, low threshold current oscillation and high output operation can be achieved without performing the burying regrowth process of the current blocking layer and the crystal regrowth process of the electrode contact layer. There is provided a method for manufacturing a semiconductor laser device that is capable of providing long-term reliability and having excellent heat dissipation characteristics that can reduce costs by simplifying the manufacturing process. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor laser device that can obtain a sufficient current confinement property and excellent device reliability, and that can operate at high power with low power consumption.
また、一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層を形成することが好ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to one embodiment, in the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, at least 1 × 10 17 cm − between the low concentration semiconductor layer and the active layer. It is preferable to form a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of 3 or more.
上記実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以上の第2導電型の半導体層をさらに形成することによって、ショットキー接合特性を考慮した制限を受けることなく、要求される光学特性仕様に応じて自在に第2導電型の半導体層の層厚・組成等を変更することができるようになるために、光学設計の自由度が大きい半導体レーザ素子を製造できると共に、素子抵抗の上昇を抑えることができるために、一層の低消費電力動作が可能な半導体レーザ素子を製造することが可能となる。 According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the above embodiment, a second conductivity type semiconductor layer having at least a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more is further provided between the low concentration semiconductor layer and the active layer. By forming, the thickness, composition, etc. of the second conductivity type semiconductor layer can be freely changed according to the required optical characteristic specification without being restricted in consideration of the Schottky junction characteristics. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor laser element having a high degree of freedom in optical design, and to suppress an increase in element resistance, and thus it is possible to manufacture a semiconductor laser element capable of further lower power consumption operation. Become.
また、本発明の光ディスク装置は、上記いずれか1つの半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする。 The optical disc apparatus of the present invention is characterized by using any one of the above semiconductor laser elements.
上記光ディスク装置によれば、従来の光ディスク装置に比べて、より安価で高速書き込みが可能な信頼性に優れた光ディスク装置を提供することができる。 According to the above optical disk apparatus, it is possible to provide an optical disk apparatus excellent in reliability that can be written at a lower cost and at a higher speed than a conventional optical disk apparatus.
また、本発明の光伝送システムは、上記いずれか1つの半導体レーザ素子を用いていることを特徴とする。 The optical transmission system of the present invention is characterized by using any one of the above semiconductor laser elements.
上記光伝送システムによれば、従来よりも圧倒的に安価でかつ信頼性を兼ね備えた光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化を図ることができる。 According to the above optical transmission system, it is possible to provide an optical transmission module that is overwhelmingly cheaper and more reliable than the conventional one, and the cost of the optical transmission system can be reduced.
以上より明らかなように、本発明の半導体レーザ素子によれば、リッジ導波路型の半導体レーザ素子の動作中に活性層で発生した熱を、効率よく半導体層群側の表面に設けられた上部電極に放熱できるようになる。すなわち、上部電極の表面における放熱分布から、リッジ部の傾斜面の下側の縁からの距離xが少なくとも(Hc+He)以下の範囲において、上部電極の膜厚Heをリッジ部の高さHrよりも大きくすることで、上部電極への放熱特性を最良にすることができる。そのことにより、半導体レーザ素子の温度特性が向上し、より高温での動作時でも閾値電流の上昇が抑えられた低閾値電流発振、高出力動作可能な長期信頼性を有する半導体レーザ素子を提供することができる。 As apparent from the above, according to the semiconductor laser device of the present invention, the heat generated in the active layer during the operation of the ridge waveguide type semiconductor laser device is efficiently provided on the surface on the semiconductor layer group side. It becomes possible to radiate heat to the electrode. That is, from the heat radiation distribution on the surface of the upper electrode, the thickness He of the upper electrode is made larger than the height Hr of the ridge in the range where the distance x from the lower edge of the inclined surface of the ridge is at least (Hc + He). By increasing the size, the heat dissipation characteristics to the upper electrode can be optimized. As a result, a semiconductor laser element having improved long-term reliability that can improve the temperature characteristics of the semiconductor laser element, has a low threshold current oscillation in which an increase in the threshold current is suppressed even when operating at a higher temperature, and can operate at a high output. be able to.
さらに、リッジ部の両側が、リッジ部よりも高い上部電極でカバーされているため、リッジ部の物理的破損が防止できる。このことにより、半導体レーザ素子の取り扱い時の破損を低減でき、製造歩留まりを向上させることができる。 Furthermore, since both sides of the ridge portion are covered with the upper electrode higher than the ridge portion, physical damage of the ridge portion can be prevented. As a result, damage during handling of the semiconductor laser element can be reduced, and the manufacturing yield can be improved.
また、ショットキー接合を用いた電流狭窄を行うリッジ導波路型半導体レーザ素子においては、絶縁破壊による故障を防止し、かつ放熱特性に優れた素子構造を提供することが可能になる。このことにより、一層の製造コスト削減を図ることができる。 In addition, in a ridge waveguide semiconductor laser device that performs current confinement using a Schottky junction, it is possible to provide a device structure that prevents breakdown due to dielectric breakdown and has excellent heat dissipation characteristics. As a result, the manufacturing cost can be further reduced.
本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上述のような放熱特性に優れ、低コスト・高歩留りで製造でき、かつ低閾値電流発振、高出力動作が可能な長期信頼性に優れた半導体レーザ素子の製造方法を提供することが可能となる。 According to the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, a semiconductor having excellent heat dissipation characteristics as described above, low-cost and high-yield manufacturing, low threshold current oscillation, and high-output operation and excellent long-term reliability. It is possible to provide a method for manufacturing a laser element.
本発明の光ディスク装置によれば、本発明の半導体レーザ素子を用いることで、従来の光ディスク装置に比べて、より安価で高速書き込みが可能、かつ信頼性に優れた光ディスク装置を提供することができる。 According to the optical disk apparatus of the present invention, by using the semiconductor laser element of the present invention, it is possible to provide an optical disk apparatus that can be written at a lower cost and at a higher speed than the conventional optical disk apparatus and is excellent in reliability. .
また、本発明の光伝送システムによれば、本発明の半導体レーザ素子をその光伝送モジュールに用いることで、従来よりも圧倒的に安価でかつ信頼性を兼ね備えた光伝送モジュールを提供することができ、光伝送システムの低価格化を図ることができる。 Further, according to the optical transmission system of the present invention, by using the semiconductor laser element of the present invention for the optical transmission module, it is possible to provide an optical transmission module that is overwhelmingly cheaper and more reliable than the conventional one. Therefore, the price of the optical transmission system can be reduced.
以下、この発明の半導体レーザ素子およびその製造方法および光ディスク装置および光伝送システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, a semiconductor laser device, a manufacturing method thereof, an optical disc apparatus, and an optical transmission system according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものである。なお、この第1実施形態において、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたが、第1導電型をp型、第2導電型をn型としてもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type.
この半導体レーザ素子は、図1に示すように、n−GaAs基板101上に、n−GaAsバッファ層102、n−Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103、n−Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107、p−Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108、および低濃度半導体層の一例としてのp−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド下部層109を順次積層している。
As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device includes an n-
上記第2上クラッド下部層109上に、リッジ部100を構成するp−GaAsエッチングストップ層110、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド上部層111、p−GaAsコンタクト層112および高濃度半導体層の一例としてのp+−GaAsコンタクト層113を設けて、ストライプ状のリッジ部100を形成している。そして、上記リッジ部100の頂部,側面部および第2上クラッド下部層109上部にTi/Pt/Auの順に積層して形成された多層金属膜からなる上部電極の基部としてのp側電極114とを有する。
On the second upper cladding
さらに、p側電極114と接する各々の半導体層の界面には、それぞれTiと各々の半導体層の構成元素の少なくとも1つとが合金化した化合物層(図10に示す)が形成されている。また、n−GaAs基板101の裏面には、n側電極115として、Au−Ge−Ni/Auの多層金属薄膜が形成されている。さらに、p側電極114上でかつリッジ部100を覆うようにAuからなる厚膜電極の一例としてのバンプ電極116が設けられている。上記バンプ電極116の上面が、外部に設けられた放熱体(図示せず)などと接合される実装面となる。
Further, a compound layer (shown in FIG. 10) in which Ti and at least one of the constituent elements of each semiconductor layer are alloyed is formed at the interface between each semiconductor layer in contact with the p-
上記p−Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド下部層109、p−GaAsエッチングストップ層110、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド上部層111、p−GaAsコンタクト層112およびp+−GaAsコンタクト層113で第2導電型の半導体層群を構成している。
P-Al 0.4885 Ga 0.5115 As first
上記活性層106からリッジ部100の両側の上部電極までの最短距離Hcは、この第1実施形態においては、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107とp−Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108、およびp−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド下部層109のそれぞれの層厚の和である。また、リッジ部100の高さHrは、p−GaAsエッチングストップ層110、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド上部層111、p−GaAsコンタクト層112およびp+−GaAsコンタクト層113の層厚の総和となる。上部電極の膜厚Heは、バンプ電極116の形成領域においては、p側電極114の膜厚+バンプ電極116の高さであり、バンプ電極116が形成されていない領域では、p側電極114の膜厚である。バンプ電極116は、リッジ部100の傾斜面の下側の縁を基点として、リッジ部100から離れる方向の距離をxとしたときに、少なくともx≦(Hc+He)を満たす範囲内において、He>Hrの条件を満たす高さに形成されている。また、上記半導体レーザ素子のチップ端部117においては、p側電極114を構成するTi膜、Pt膜、Au膜のうちのTi膜とPt膜のみが形成されている。
In the first embodiment, the shortest distance Hc from the
次に図2A〜図2Dを参照しながら、上記半導体レーザ素子の作製方法を説明する。 Next, a manufacturing method of the semiconductor laser element will be described with reference to FIGS. 2A to 2D.
まず、図2Aに示すように、(100)面を持つn−GaAs基板101上に、n−GaAsバッファ層102(層厚:0.5μm、Siドープ:8×1017cm-3)、n−Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103(層厚:3.0μm、Siドープ:5×1017cm-3)、n−Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104(層厚:0.24μm、Siドープ:5×1017cm-3)、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105(層厚0.1μm)、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107(層厚:0.1μm)、p−Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108(層厚:0.2μm、Znドープ:1×1018cm-3)、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド下部層109(層厚:0.1μm、Znドープ:1×1017cm-3)、p−GaAsエッチングストップ層110(層厚30Å、Znドープ:2×1018cm-3)、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド上部層111(層厚1.28μm、Znドープ:2.7×1018cm-3)、p−GaAsコンタクト層112(層厚:0.2μm、Znドープ:3.3×1018cm-3)、p+−GaAsコンタクト層113(層厚:0.3μm、Znドープ:1×1021cm-3)を順次、MOCVD法にて結晶成長させる。上記多重歪量子井戸活性層106は、In0.2655Ga0.7345As0.5914P0.4086圧縮歪量子井戸層(歪0.47%、層厚50Å、2層)とIn0.126Ga0.874As0.4071P0.5929障壁層(歪−1.2%、基板側から層厚90Å・50Å・90Åの3層であり、基板に最も近いものがn側障壁層、最も遠いものがp側障壁層となる)を交互に配置して形成されている。
First, as shown in FIG. 2A, an n-GaAs buffer layer 102 (layer thickness: 0.5 μm, Si doping: 8 × 10 17 cm −3 ), n on an (100) plane n-
次に図2Aにおいて、リッジ(メサストライプ)部を形成する領域119aに、レジストマスク118(マスク幅3.5μm)をストライプ方向が<0-11>方向を持つようにフォトリソグラフィ工程により作製する。
Next, in FIG. 2A, a resist mask 118 (mask width 3.5 μm) is formed in a
次に、上記レジストマスク部118以外のリッジ部を形成しない領域119bをエッチング除去し、図2Bに示すように、リッジ部100を形成する。このときのエッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶液およびフッ酸を用いて二段階で行い、エッチングストップ層110直上まで行う。GaAsはフッ酸によるエッチングレートが非常に遅いということを利用し、エッチング面の平坦化およびメサストライプの幅制御を可能にしている。最後に、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液でp−GaAsエッチングストップ層110を除去しつつ、GaAsコンタクト層112および113のオーバーハング部分をとる。エッチングの深さは1.78μm、順メサストライプ状のリッジ部100の最下部の幅は約3.2μmである。エッチング後、上記レジストマスク118を除去する。
Next, the
続いて電子ビーム蒸着法を用いて、図2Cに示すように、上部電極の基部となるp側電極114としてTi(500Å)/Pt(500Å)/Au(4000Å)の順に積層して、薄膜電極を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, Ti (500 Å) / Pt (500 Å) / Au (4000 Å) are stacked in this order as the p-
この後、バンプ電極116(図2Dに示す)の形成領域を規定するためのフォトレジスト(不図示)を形成する。上記フォトレジストは少なくとも半導体レーザ素子のチップ端部117(図1に示す)をカバーするように設ける。 Thereafter, a photoresist (not shown) for defining a formation region of the bump electrode 116 (shown in FIG. 2D) is formed. The photoresist is provided so as to cover at least the chip end portion 117 (shown in FIG. 1) of the semiconductor laser element.
そうして、図2Dに示すように、上記薄膜電極をメッキ工程の給電メタルとして利用し、フォトレジスト開口部に厚さ10μmの金からなる厚膜(バンプ)電極116を形成する。メッキ工程後、フォトレジストを除去し、ヨウ素系金エッチャントを使用して、バンプ電極116が形成されていない領域の薄膜電極最上層の金が除去される程度に上部電極(薄膜電極+バンプ電極)表面の金をエッチング除去する。
Then, as shown in FIG. 2D, the thin film electrode is used as a power supply metal in the plating process, and a thick film (bump)
その後、基板101を裏面側から所望の厚み(ここでは、約100μm)にまで、ラッピング法により研削し、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、n側電極115としてAuGe合金(Au:88%、Ge:12%)を1000Å、続いてNi(150Å)、Au(3000Å)を積層形成する。その後、N2雰囲気中で、390℃1分間加熱し、電極材料のアロイ処理を行う。その結果、p側電極114と、p側電極114と接する各々の半導体層の界面には、Tiと各々の半導体層の構成元素の少なくとも1つとが合金化した化合物層(図10に示す)が形成される。その後、所望の共振器長(ここでは、800μm)のバーに基板101を分割し、端面コーティングを行い、さらにチップ(800μm×250μm)に分割する。バー分割、チップ分割のためのヘキ開領域は、前述の金エッチング領域と同一となるようにする。以上の工程により、図1に示す本発明の第1実施形態の半導体レーザ素子が完成する。
Thereafter, the
図10は前記化合物層115が形成される領域を説明する拡大模式図である。化合物層115の厚みはp側電極と半導体層との界面の法線方向に深さ約20〜30Åである。よって、第2上クラッド下部層109は、順メサストライプ状のリッジ部100がその上に形成されていない領域は、リッジ部100直下の領域に比べて約20〜30Åその厚みが小さい。
FIG. 10 is an enlarged schematic view for explaining a region where the
本発明の第1実施形態の半導体レーザ素子は、図3に示すとおり、活性層からストライプ状のリッジ部100の両側の上部電極(114,116)までの厚さ方向の最短距離をHcとし、リッジ部100の高さをHrとし、上部電極(114,116)の膜厚をHeとし、リッジ部100の傾斜面の下側の縁を基点として、リッジ部100から離れる方向の距離をxとしたときに、少なくともx≦(Hc+He)を満たす範囲内において「上部電極の膜厚He」>「リッジ部100の高さHr」の条件を満たすように形成されている。
In the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the shortest distance in the thickness direction from the active layer to the upper electrodes (114, 116) on both sides of the
本構成の上クラッド層側半導体層表面と上部電極との界面において、リッジ部100直下の活性層におけるレーザ発振時の発光領域から発生した熱が有効に拡散する領域は、リッジ部100の傾斜面の下側の縁をx=0として0≦x≦Hc・tan45°の範囲である。上部電極の厚みを考慮すると上部電極表面では、同様に0≦x≦(Hc+He)tan45°となる(発熱点からの熱の広がりに有効な領域を45°で近似する理論より)。上述の0≦x≦(Hc+He)tan45°の範囲において、すなわちtan45°=1であるから0≦x≦(Hc+He)の範囲において、リッジ部100よりも厚い上部電極を形成することで、レーザ発振時に発生した熱の大半は途中で大気中に放射されること無く上部電極の上面に放熱させることができる。このとき、上部電極に放熱体(図示せず)を接続することで、本発明の放熱効果は最大となる。これは大気の熱伝導率が、一般に、金属材料の熱伝導率の1000分の1以上小さいためである(乾燥空気の0℃における熱伝導率は、0.0241W/m・K、一方、金属材料の熱伝導率は一般に数10〜400W/m・Kである)。
The region where the heat generated from the light emitting region at the time of laser oscillation in the active layer immediately below the
また、一般にリッジ導波路型の半導体レーザ素子は、リッジ部の構造が剥き出しのため、チップをパッケージにマウントするとき、あるいはワイヤーのボンディング時に、リッジ部の一部が欠けたり、破損したりしやすいという問題があった。このようなリッジ部の破損は、所望の光学特性を損ねてしまうので極めて好ましくない。しかしながら、本発明の半導体レーザ素子によれば、リッジ部100の両側に、リッジ高さ以上の厚みを有する電極構造を設けることによって、厚膜(バンプ)電極がリッジ部の保護体となって、リッジ部の物理的損傷を保護することが可能となる。
In general, the ridge waveguide type semiconductor laser element is exposed to a structure of the ridge portion, and therefore, when the chip is mounted on a package or wire bonding, a part of the ridge portion is easily chipped or damaged. There was a problem. Such breakage of the ridge portion is extremely undesirable because it deteriorates desired optical characteristics. However, according to the semiconductor laser device of the present invention, by providing an electrode structure having a thickness equal to or higher than the ridge height on both sides of the
また、本発明の半導体レーザ素子において、多層金属膜である上部電極の最上層は金としている。この利点としては、金は酸化しにくいため、外部に対して良好な電気的接続を行うことができることと、金は半導体層を構成する材料に比べてやわらかいため、半導体層に対する不要な応力(ストレス)をかけないこと、さらに、熱圧着により容易に外部放熱体に対して接続できることがある。加えて本発明の半導体レーザ素子では、上部電極の総膜厚に対する金の膜厚を9/10以上としている。このことにより、上部電極中での熱伝導特性を向上させることができる。この理由は金の熱伝導率(例えば0℃において、319W/m・K)が、他の大半の金属に比べて大きいことにある。ちなみに、金よりも熱伝導率の大きい金属としては、銀、銅(それぞれ0℃において、428W/m・K、403W/m・K)があるが、銀は、酸化し易いという欠点があり、銅は半導体中に拡散した場合、素子劣化を引き起こすという欠点があるため、それぞれあまり好ましくなく、金を用いることが最も好ましい。本第1実施形態においては、金の下地としてチタン・白金を用いているが、その膜厚を総膜厚の1/10以下とすることで金よりも低熱伝導率の金属層が挿入されていることによる悪影響を小さくすることができる。 In the semiconductor laser device of the present invention, the uppermost layer of the upper electrode which is a multilayer metal film is gold. This is because gold is difficult to oxidize, so that good electrical connection can be made to the outside, and since gold is softer than the materials that make up the semiconductor layer, unnecessary stress on the semiconductor layer (stress ), And may be easily connected to an external radiator by thermocompression bonding. In addition, in the semiconductor laser device of the present invention, the gold film thickness is 9/10 or more with respect to the total film thickness of the upper electrode. As a result, the heat conduction characteristics in the upper electrode can be improved. The reason for this is that the thermal conductivity of gold (for example, 319 W / m · K at 0 ° C.) is larger than most other metals. Incidentally, as metals having a higher thermal conductivity than gold, there are silver and copper (428 W / m · K and 403 W / m · K at 0 ° C., respectively), but silver has a drawback that it is easily oxidized, When copper diffuses into a semiconductor, it has a drawback of causing element deterioration. Therefore, copper is not preferred, and gold is most preferred. In the first embodiment, titanium / platinum is used as a gold base, but a metal layer having a lower thermal conductivity than gold is inserted by setting the film thickness to 1/10 or less of the total film thickness. The adverse effect of being present can be reduced.
上述のような構造を有する半導体レーザ素子の厚膜(バンプ)電極を熱圧着によって用いて放熱体に接続するときには、上部電極の厚みHeはリッジ部の高さHrの少なくとも3倍以上、より好ましくは5倍以上であることが好ましい。これは、熱圧着の際、厚膜(バンプ)電極における金が若干つぶれて放熱体と接合するので、リッジ部の高さよりも上部電極厚みが大きくないと、リッジ部にダメージが加わるためである。検討によると、He>3Hrであれば、リッジ部の破損はおよそ1%以下に抑えられ、He>5Hrであれば、およそ0.01%以下となることが分かった。 When the thick film (bump) electrode of the semiconductor laser element having the above-described structure is used for thermocompression bonding and connected to the heat radiator, the thickness He of the upper electrode is more preferably at least three times the height Hr of the ridge. Is preferably 5 times or more. This is because the gold in the thick film (bump) electrode is slightly crushed and joined to the heat sink during thermocompression bonding, and damage is applied to the ridge if the upper electrode thickness is not larger than the height of the ridge. . According to the examination, it was found that if He> 3Hr, the damage of the ridge portion is suppressed to about 1% or less, and if He> 5Hr, about 0.01% or less.
この第1実施形態の半導体レーザ素子においては、リッジ部直上にも厚膜(バンプ)電極を設ける構成としているが、必ずしもリッジ部の直上に厚膜(バンプ)電極がある必要はない。リッジ部の直上に厚膜(バンプ)電極を設けない構成とすれば、放熱体と熱圧着させる際に、リッジ部へ応力がかからず、リッジ部の破損や動作時の信頼性を低下させる懸念がさらに小さくなる。リッジ部の直上に厚膜電極を形成しないようにするには、メッキ用のレジストパターンをリッジ部の直上の平坦部分にも形成すればよい。ただし、当然のことながら、電流注入のために薄膜電極はリッジ部の直上にも設ける必要がある。 In the semiconductor laser device of the first embodiment, a thick film (bump) electrode is provided directly above the ridge portion, but it is not always necessary to have a thick film (bump) electrode directly above the ridge portion. If a thick film (bump) electrode is not provided directly above the ridge, no stress is applied to the ridge when thermocompression bonding with the heat sink, reducing ridge damage or reliability during operation. Concerns are even smaller. In order not to form the thick film electrode immediately above the ridge portion, a plating resist pattern may be formed also on the flat portion directly above the ridge portion. However, as a matter of course, it is necessary to provide the thin film electrode also directly above the ridge portion for current injection.
また、本発明の半導体レーザ素子では、チップ端部の上部電極の厚みを他の領域の上部電極の厚みよりも小さくした。このことにより、バー分割、チップ分割時のヘキ開がスムーズになり、歩留りが向上した。チップ端部にも薄いながらも電極を残していることで、レーザ光の反射端面近傍にも電流が注入されやすいというメリットがある。 Further, in the semiconductor laser device of the present invention, the thickness of the upper electrode at the chip end is made smaller than the thickness of the upper electrode in other regions. As a result, cleaving at the time of bar division and chip division became smooth, and the yield was improved. Although the electrode is left at the end of the chip even though it is thin, there is an advantage that current can be easily injected near the reflection end face of the laser beam.
上述の第1実施形態における半導体レーザ素子は、ショットキー接合を用いてリッジ部への電流狭窄を行っている。このような半導体レーザ素子の場合、リッジ部以外の半導体層上にも直接上部電極が形成されているため、本発明のような放熱機構を用いた電極構造は特に有効である。もちろん、より一般的な、絶縁体膜(たとえば酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiNx))を介するエアリッジ構造においても、本発明の電極構造を適用することで、その放熱効果を十分大きくすることが可能である。 The semiconductor laser device in the first embodiment described above performs current confinement to the ridge portion using a Schottky junction. In the case of such a semiconductor laser element, since the upper electrode is directly formed on the semiconductor layer other than the ridge portion, the electrode structure using the heat dissipation mechanism as in the present invention is particularly effective. Of course, even in a more general air ridge structure through an insulator film (for example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x )), the heat dissipation effect can be sufficiently increased by applying the electrode structure of the present invention. Is possible.
上述のようにショットキー接合を用いて電流狭窄を行う場合、薄膜電極を形成した後、熱処理を行うことによって、薄膜電極の最下層の電極材料と、半導体層との界面に化合物層(図10に示す)を形成すれば、電流狭窄領域におけるショットキー接合性とコンタクト層におけるオーミック接合性がより強化され、リッジ部にのみ低抵抗で電流注入されるリッジ導波型半導体レーザ素子を得ることができる。 When current confinement is performed using a Schottky junction as described above, a compound layer (FIG. 10) is formed at the interface between the lowermost electrode material of the thin film electrode and the semiconductor layer by performing heat treatment after the thin film electrode is formed. Forming a ridge waveguide semiconductor laser device in which the Schottky junction property in the current confinement region and the ohmic junction property in the contact layer are further enhanced, and current is injected into the ridge portion with low resistance. it can.
上記第1実施形態の半導体レーザ素子においては、薄膜電極の最下層としてTi膜を用いる構成を例示したが、もちろんこれに限られるものではない。例えば、Pt膜やMo(モリブデン)膜、Cr(クロム)膜など、種々の金属を好適に使用することができる。 In the semiconductor laser device of the first embodiment, the configuration using the Ti film as the lowermost layer of the thin film electrode is exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, various metals such as a Pt film, a Mo (molybdenum) film, and a Cr (chromium) film can be preferably used.
また、ショットキー接合を用いた電流狭窄を行う半導体レーザ素子の場合、基板の厚みは80μm以上であることが好ましく、より好ましくは100μm以上としたほうが良い。この理由は、発振動作時に印加される電圧が2〜5V程度である時に、基板の厚みが薄くなって上下の電極間距離が小さくなると、絶縁破壊的なショットキー接合降伏が発生しやすくなるためである。前述の動作電圧を仮定した時には、基板厚さが80μm以上であれば、ショットキー接合のブレークダウンは十分抑えられることが分かった。長期の信頼性を考慮すると基板の厚みは100μm程度以上であることがより好ましい。 In the case of a semiconductor laser element that performs current confinement using a Schottky junction, the thickness of the substrate is preferably 80 μm or more, more preferably 100 μm or more. This is because, when the voltage applied during the oscillation operation is about 2 to 5 V, if the thickness of the substrate is reduced and the distance between the upper and lower electrodes is reduced, breakdown breakdown Schottky junction is likely to occur. It is. Assuming the above operating voltage, it was found that the breakdown of the Schottky junction can be sufficiently suppressed if the substrate thickness is 80 μm or more. In consideration of long-term reliability, the thickness of the substrate is more preferably about 100 μm or more.
本発明の半導体レーザ素子の製造方法のように、上部電極の基部となる薄膜電極を上クラッド側半導体表面の全面に設けた後、厚膜(バンプ)電極形成部分をフォトリソグラフィ法を用いて形成する方法を用いれば、必要な領域だけに厚膜(バンプ)電極を形成できるため、本発明の半導体レーザ素子構造を容易に製造することができるようになる。 As in the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, after a thin film electrode serving as a base of the upper electrode is provided on the entire surface of the upper clad side semiconductor, a thick film (bump) electrode formation portion is formed using a photolithography method. By using this method, a thick film (bump) electrode can be formed only in a necessary region, so that the semiconductor laser device structure of the present invention can be easily manufactured.
また、薄膜電極が、上クラッド層側の半導体層表面の全面に形成されているために、電界メッキ工程用の給電メタルに転用でき、厚膜(バンプ)電極形成にメッキ法を用いる際に、新たに給電メタル形成を行う必要がないというメリットがある。 In addition, since the thin film electrode is formed on the entire surface of the semiconductor layer surface on the upper cladding layer side, it can be diverted to a power supply metal for an electric field plating process, and when using a plating method for forming a thick film (bump) electrode, There is an advantage that it is not necessary to newly form a power supply metal.
また、薄膜電極の最上層として金または金合金を形成し、さらに金メッキを行った後、薄膜電極の金の下地金属(白金およびチタン)をエッチングストッパーとして、金エッチングを行うことで、厚膜(バンプ)電極形成領域以外の上部電極領域の最上層の金を除去することが容易にできる。このことにより、後のバー分割、チップ分割時のヘキ開作業がスムーズに実施できるようになる。 In addition, after forming gold or a gold alloy as the uppermost layer of the thin film electrode and further performing gold plating, the gold base metal (platinum and titanium) of the thin film electrode is used as an etching stopper to perform gold etching, so that a thick film ( The uppermost gold layer in the upper electrode region other than the (bump) electrode forming region can be easily removed. As a result, the opening operation at the time of the subsequent bar division and chip division can be carried out smoothly.
また、この第1実施形態で使用したヨウ素系金エッチャントは、GaAs材料にダメージを与えてしまうが、本発明では、半導体表面が下地金属であるチタンと白金によりカバーされたままであるので、そのような問題が生じない。 Further, the iodine-based gold etchant used in the first embodiment damages the GaAs material, but in the present invention, the semiconductor surface remains covered with titanium and platinum as the base metals. No problems arise.
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、金からなる厚膜(バンプ)電極を熱圧着により放熱体に接続することにより、インジウムなどの糊剤を用いた場合の、チップ側面の糊剤の盛り上がりによる短絡などの問題が生じず、さらに余分な物質が電極・放熱体界面に介することがないので熱的に良好な接合が得られるというメリットがある。 Further, in the method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, the thick film (bump) electrode made of gold is connected to the heat radiator by thermocompression bonding, so that the paste on the side surface of the chip when a paste such as indium is used. There is no problem such as a short circuit due to the bulging of the metal, and there is an advantage that a good thermal bond can be obtained because no extra substance is interposed in the electrode / heat sink interface.
上記第1実施形態の半導体レーザ素子においては、基板にGaAsを用いたGaAs系半導体レーザ素子を例にとって説明したが、本発明はもちろんこれに限られるものではない。例えば、InP系半導体レーザ素子や、GaN系半導体レーザ素子に適用できることは言うまでもない。 In the semiconductor laser device of the first embodiment, a GaAs semiconductor laser device using GaAs as a substrate has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Needless to say, the present invention can be applied to, for example, an InP semiconductor laser element or a GaN semiconductor laser element.
また、活性層、ガイド層、クラッド層の構成など、本発明を逸脱しない範囲での変更ももちろん可能であり、材料系の異なる半導体層間の界面に第1実施形態中に明示していないような界面保護層の類の半導体層を設けていても良い。また、本第1実施形態では、リッジ形成にウエットエッチング法を用いた場合を開示したが、もちろんドライエッチング法を用いても良い。さらに、ドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせたリッジ部の構造を形成しても良い。 In addition, the configuration of the active layer, the guide layer, the clad layer, and the like can be changed without departing from the present invention. Of course, the interface between the semiconductor layers having different material systems is not clearly shown in the first embodiment. A semiconductor layer similar to the interface protective layer may be provided. In the first embodiment, the case where the wet etching method is used for forming the ridge is disclosed, but the dry etching method may be used as a matter of course. Furthermore, a ridge structure may be formed by combining dry etching and wet etching.
また、上記第1実施形態では、リッジ部上にもバンプ電極116が設けられていたが、リッジ部上にレジストマスクを設けた後にバンプ電極を形成することによって、リッジ部上がバンプ電極(厚膜電極)で覆われていなくともよい。この場合、バンプ電極に放熱体を圧着するときにリッジ部に応力が加わらないので、信頼性を向上できる。
In the first embodiment, the
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態の半導体レーザ素子の構造を示したものであり、上記第1実施形態の半導体レーザ素子の好適な改変例を示す断面模式図である。この第2実施形態においては、リッジ部100の両脇にダミーリッジ部120が形成されている点が第1実施形態の半導体レーザ素子とは異なっている。
(Second embodiment)
FIG. 4 shows the structure of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view showing a preferred modification of the semiconductor laser device according to the first embodiment. The second embodiment is different from the semiconductor laser device of the first embodiment in that
以下、特にこのリッジ部100の両脇に形成されたダミーリッジ部120の構成および製造方法について説明し、第1実施形態と共通の構成要素については説明を省略する。
Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the
この第2実施形態の半導体レーザ素子は、第1実施形態と同じくn−GaAs基板101上に、n−GaAsバッファ層102、n−Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103、n−Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107、p−Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108、および低濃度半導体層の一例としてのp−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド下部層109を順次積層している。
As in the first embodiment, the semiconductor laser device of the second embodiment includes an n-
この第2上クラッド下部層109上に、ストライプ状のリッジ部100を構成するp−GaAsエッチングストップ層110、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド上部層111、p−GaAsコンタクト層112および高濃度半導体層の一例としてのp+−GaAsコンタクト層113を設けている。
On this second upper cladding
一方、ダミーリッジ部120として、p−GaAsエッチングストップ層110、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド上部層111、p−GaAsコンタクト層112およびp+−GaAsコンタクト層113に加えて、少なくともp+−GaAsコンタクト層113の頂部およびp+−GaAsコンタクト層113とp−GaAsコンタクト層112の側面部を被覆するように厚さ1000ÅのSiO2からなる絶縁体膜121が設けられている。
On the other hand, in addition to the p-GaAs
さらに、リッジ構造100の頂部、側面部、第2上クラッド下部層109上部およびダミーリッジ部120の表面上に、Ti/Pt/Auの順に積層して形成された多層金属膜からなる上部電極の基部としてのp側電極114を有する。
Further, the top electrode of the multilayer metal film formed in the order of Ti / Pt / Au on the top of the
さらに、p側電極114と接する各々の半導体層の界面には、それぞれTiと各々の半導体層の構成元素の少なくとも1つとが合金化した化合物層(図10に示す)が形成されており、さらに、p側電極114上でかつリッジ部100およびダミーリッジ部120を覆うようにAuからなる厚膜電極の一例としてのバンプ電極116が設けられている。上記バンプ電極116の上面が、外部に設けられた放熱体(図示せず)などと接合される実装面となる。
Furthermore, a compound layer (shown in FIG. 10) in which Ti and at least one of the constituent elements of each semiconductor layer are alloyed is formed at the interface between each semiconductor layer in contact with the p-
また、n−GaAs基板101の裏面には、n側電極115として、Au−Ge−Ni/Auの多層金属薄膜が形成されている。
On the back surface of the n-
第1実施形態と同様に上記バンプ電極116は、リッジ部100の傾斜面の下側の縁を基点として、リッジ部100から離れる方向の距離をxとしたときに、少なくともx≦(Hc+He)tan45°を満たす範囲内において、He>Hrの条件を満たす高さに形成されている。また、上記半導体レーザ素子のチップ端部117においては、p側電極114を構成するTi膜、Pt膜、Au膜のうちのTi膜とPt膜のみが形成されている。
As in the first embodiment, the
この第2実施形態の半導体レーザ素子は、次のようにして作製される。 The semiconductor laser device of the second embodiment is manufactured as follows.
まず、(100)面を持つn−GaAs基板101上に、n−GaAsバッファ層102(層厚:0.5μm、Siドープ:8×1017cm-3)、n−Al0.453Ga0.547As第1下クラッド層103(層厚:3.0μm、Siドープ:5×1017cm-3)、n−Al0.5Ga0.5As第2下クラッド層104(層厚:0.24μm、Siドープ:5×1017cm-3)、Al0.4278Ga0.5722As下ガイド層105(層厚0.1μm)、多重歪量子井戸活性層106、Al0.4278Ga0.5722As上ガイド層107(層厚:0.1μm)、p−Al0.4885Ga0.5115As第1上クラッド層108(層厚:0.2μm、Znドープ:1×1018cm-3)、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド下部層109(層厚:0.1μm、Znドープ:1×1017cm-3)、p−GaAsエッチングストップ層110(層厚30Å、Znドープ:2×1018cm-3)、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド上部層111(層厚1.28μm、Znドープ:2.7×1018cm-3)、p−GaAsコンタクト層112(層厚:0.2μm、Znドープ:3.3×1018cm-3)、p+−GaAsコンタクト層113(層厚:0.3μm、Znドープ:1×1021cm-3)を順次、MOCVD法にて結晶成長させる。
First, an n-GaAs buffer layer 102 (layer thickness: 0.5 μm, Si doping: 8 × 10 17 cm −3 ), n-Al 0.453 Ga 0.547 As No. on an (100) plane n-
次に、リッジ部100およびダミーリッジ部120を形成する部分に、レジストマスクをストライプ方向が<0-11>方向を持つようにフォトリソグラフィ工程により作製する。
Next, a resist mask is formed at a portion where the
次に、上記レジストマスク以外の部分をエッチング除去し、リッジ部100およびダミーリッジ部120を形成し、エッチング後、上記レジストマスクを除去する。
Next, portions other than the resist mask are removed by etching to form a
その後、プラズマCVD法を用いて、SiO2膜を上記リッジ部100の頂部および側面部、第2上クラッド下部層109上部とダミーリッジ部120の表面上に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いて、ダミーリッジ部120上にのみ選択的に上記SiO2膜を残す。
Thereafter, a SiO 2 film is formed on the top and side portions of the
続いて電子ビーム蒸着法を用いて、上部電極の基部となるp側電極114としてTi(500Å)/Pt(500Å)/Au(4000Å)の順に積層して、薄膜電極を形成する。
Subsequently, Ti (500 ビ ー ム) / Pt (500Å) / Au (4000Å) are stacked in this order as the p-
次に、バンプ電極116の形成領域を規定するためのフォトレジストを形成する。上記フォトレジストは少なくとも半導体レーザ素子のチップ端部117(図4に示す)をカバーするように設ける。
Next, a photoresist for defining the formation region of the
この後、上記薄膜電極をメッキ工程の給電メタルとして利用し、フォトレジスト開口部に厚さ10μmの金からなる厚膜(バンプ)電極116を形成する。メッキ工程後、フォトレジストを除去し、ヨウ素系金エッチャントを使用して、バンプ電極116が形成されていない領域の薄膜電極の最上層の金が除去される程度に上部電極(薄膜電極+バンプ電極)表面の金をエッチング除去する。
Thereafter, the thin film electrode is used as a power supply metal in the plating process, and a thick film (bump)
続いて、基板101を裏面側から所望の厚み(ここでは、約100μm)にまで、ラッピング法により研削し、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、n側電極115としてAuGe合金(Au:88%、Ge:12%)を1000Å、続いてNi(150Å)、Au(3000Å)を積層形成する。その後、N2雰囲気中で、390℃1分間加熱し、電極材料のアロイ処理を行う。その結果、p側電極114と、p側電極114と接する各々の半導体層の界面には、Tiと各々の半導体層の構成元素の少なくとも1つとが合金化した化合物層が形成される。その後、所望の共振器長(ここでは、800μm)のバーに基板101を分割し、端面コーティングを行い、さらにチップ(800μm×250μm)に分割する。バー分割、チップ分割のためのヘキ開領域は、前述の金エッチング領域と同一となるようにする。以上の工程により、本発明の第2実施形態の半導体レーザ素子が完成する。
Subsequently, the
この第2実施形態の半導体レーザ素子においては、リッジ部の高さ以上の厚みを有する厚膜(バンプ)電極を備えた第1実施形態の半導体レーザ素子に加えて、さらにリッジ部100の両脇にダミーリッジ部120を設けているために、後工程におけるリッジ部の破損をより防止することができる。特に、上記バンプ電極116を放熱体に熱圧着させる際のリッジ部の物理的損傷回避に有効であり、半導体レーザ素子の製造歩留まりを大幅に向上できる。
In the semiconductor laser device of the second embodiment, in addition to the semiconductor laser device of the first embodiment provided with a thick film (bump) electrode having a thickness equal to or greater than the height of the ridge portion, both sides of the
上記第2実施形態の半導体レーザ素子では、ダミーリッジ部120の表面にSiO2膜からなる絶縁体膜121を形成することによって、上部電極(114,116)からダミーリッジ部120への電流注入を防止している。ダミーリッジ部120を構成する半導体層はリッジ部100と組成・厚さとも同一であるが、その表面に絶縁体膜121が設けられている分だけ、ダミーリッジ部120はリッジ部100に比べて高い。このことによって、特に上部電極側を放熱体(ステムやサブマウントなど)に熱圧着させる際のリッジ部100へのダメージを低減させることができる。
In the semiconductor laser device of the second embodiment, by forming the
ここで、上記絶縁体膜としては、上述したSiO2膜(酸化ケイ素膜)の他に、SiNx膜(窒化珪素膜)などの無機絶縁体の薄膜や、有機樹脂(例えばボリイミド樹脂)などを好適に適用することができる。 Here, as the insulator film, in addition to the above-described SiO 2 film (silicon oxide film), a thin film of an inorganic insulator such as a SiN x film (silicon nitride film), an organic resin (for example, a polyimide resin), or the like. It can be suitably applied.
なお、上述した第2実施形態の半導体レーザ素子では、上部電極からダミーリッジ部120への電流注入を避けるため、ダミーリッジ部120の表面に絶縁体膜121を形成する構成としたが、それ以外にも、p−Al0.4885Ga0.5115As第2上クラッド下部層109のようなドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層をダミーリッジ部の最上層に設ける構成としてもよい。その場合、n−GaAs基板上に結晶成長させる工程において、リッジ部の最上層となるp+−GaAsコンタクト層113に引き続いて、例えばp−Al0.5Ga0.5As電流遮断層(層厚:0.2μm、Znドープ:1×1017cm-3)を成長させ、その後のリッジ部およびダミーリッジ部の形成に先立って、ダミーリッジ部形成領域上にだけ上記電流遮断層を残すようなエッチング工程を追加すればよい。
In the semiconductor laser device of the second embodiment described above, the
このような構成とすることによって、上記電流遮断層と上記上部電極との間に良好なショットキー接合が形成され、絶縁体膜を形成することなしに、上記ダミーリッジ部への電流狭窄を実現することができる。 With such a configuration, a good Schottky junction is formed between the current blocking layer and the upper electrode, and current confinement to the dummy ridge is realized without forming an insulator film. can do.
上記電流遮断層としては、上述したAlGaAs半導体層の他、InGaP半導体層やInGaAsP半導体層などを好適に使用することができる。さらに、これらInGaP半導体層やInGaAsP半導体層は上記第2上クラッド下部層の表面を覆い上部電極と第2上クラッド下部層の界面に形成されていてもよい。このような構成とすることによって上部電極と上記第2上クラッド下部層との間の電流狭窄をより強固にする効果がある。 As the current blocking layer, in addition to the AlGaAs semiconductor layer described above, an InGaAs semiconductor layer, an InGaAsAs semiconductor layer, or the like can be preferably used. Furthermore, these InGaP semiconductor layers and InGaAsP semiconductor layers may be formed at the interface between the upper electrode and the second upper cladding lower layer so as to cover the surface of the second upper cladding lower layer. With such a configuration, there is an effect of further strengthening current confinement between the upper electrode and the second upper cladding lower layer.
また、上記電流遮断層としては、上述したショットキー接合を利用する以外に、ダミーリッジ部とは逆の導電型(ここではn型)を有する半導体層を形成することによって電流を遮断する構成を用いることもできる。この場合も、上記半導体層を形成する材料としては、AlGaAsの他、InGaPやInGaAsPを好適に使用することができる。 In addition to using the Schottky junction described above, the current blocking layer is configured to block current by forming a semiconductor layer having a conductivity type opposite to the dummy ridge portion (here, n-type). It can also be used. Also in this case, as a material for forming the semiconductor layer, InGaAs or InGaAsP can be suitably used in addition to AlGaAs.
(第3実施形態)
図5は、本発明にかかる光ディスク装置200の構造の一例を示したものである。これは光ディスク201にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするためのものであり、その際用いられる発光素子として、先に説明した本発明の第1または第2実施形態の半導体レーザ素子202を備えている。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows an example of the structure of the
この光ディスク装置についてさらに詳しく説明する。書き込み時は、半導体レーザ素子202から出射された信号光がコリメートレンズ203により平行光とされ、ビームスプリッタ204を透過し、λ/4偏光板205で偏光状態が調節された後、対物レンズ206で集光されて光ディスク201に照射される。
This optical disk device will be described in more detail. At the time of writing, the signal light emitted from the
一方、読み出し時は、データ信号がのっていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク201に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク201の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ206と、λ/4偏光板205を経た後、ビームスプリッタ204で反射されて90°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ207で集光され、信号検出用受光素子208に入射する。信号検出用受光素子208内で入射したレーザ光の強弱によって記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路209において元の信号に再生される。
On the other hand, at the time of reading, the
本第3実施形態の光ディスク装置は、従来よりも放熱特性が改善され、かつ製造工程が削減された半導体レーザ素子を用いることによって、従来に比べて半導体レーザ素子の出力を向上させることができ、高速書き込み可能な光ディスク装置を安価に提供することができる。 The optical disk apparatus according to the third embodiment can improve the output of the semiconductor laser device as compared with the conventional one by using the semiconductor laser device with improved heat dissipation characteristics and reduced manufacturing steps than before. An optical disk device capable of high-speed writing can be provided at low cost.
なお、ここでは本発明の半導体レーザ素子を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長780nm帯を用いる光ディスク記録装置、光ディスク再生装置や、他の波長帯(例えば650nm帯)の光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。 Here, an example in which the semiconductor laser device of the present invention is applied to a recording / reproducing optical disc apparatus has been described. However, an optical disc recording apparatus, an optical disc reproducing apparatus using the same wavelength band of 780 nm, and other wavelength bands (for example, 650 nm band). It goes without saying that the present invention can also be applied to other optical disc apparatuses.
(第4実施形態)
図6は、本発明の第4実施形態における光伝送システムの光伝送モジュール300を示す断面図である。また、図7は光源の部分を示す斜視図である。本第4実施形態では、光源として第1または第2実施形態で説明した構成・製造方法を使用した890nm帯で発振するInGaAs系半導体レーザ素子(レーザチップ301)を用いると共に、受光素子302としてシリコン(Si)pinフォトダイオードを用いている。この光伝送システムでは、信号を送受信する相手側も、上記と同じ光伝送モジュールを備えていることを前提としている。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an
図6において、回路基板306上には、半導体レーザ駆動用の正負両電極のパターンが形成され、図示のとおり、レーザチップを搭載する部分には深さ300μmの凹部306aが設けられている。この凹部306aに、レーザチップ301を搭載した放熱体の一例としてのレーザマウント(マウント材)310をはんだで固定する。このとき、レーザマウント310の負電極312の平坦部313は、回路基板306上のレーザ駆動用負電極部(図示せず)とワイヤー307aによって電気的に接続される。上記凹部306aは、レーザ光の放射を妨げない程度の深さとなっており、かつ、面の粗さが放射角に影響を与えないようにされている。
In FIG. 6, a pattern of both positive and negative electrodes for driving a semiconductor laser is formed on a
また、上記受光素子302は、回路基板306に実装され、ワイヤー307bにより電気信号が取り出される。この他に、回路基板306上にレーザ駆動用/受信信号処理用のIC(集積回路)308が実装されている。
The
次いで、はんだで凹部306aに固定されたレーザマウント310を搭載した部分に液状のシリコン樹脂309を適量滴下する。シリコン樹脂309は表面張力のために凹部306a内に留まり、レーザマウント310を覆い凹部306aに固定する。この第4実施形態では、回路基板306上に凹部306aを設け、レーザマウント310を実装したが、上述のようにシリコン樹脂309は表面張力のためにレーザチップ301表面およびその近傍に留まるので、凹部は必ずしも設ける必要はない。
Next, an appropriate amount of a
この後、80℃で約5分間加熱して、ゼリー状になるまで硬化させる。次いで、透明なエポキシ樹脂モールド303により被覆する。レーザチップ301の上面には放射角制御のためのレンズ部304が、また、受光素子302の上面には信号光を集光するためのレンズ部305がそれぞれ一体的にモールドレンズとして形成される。
Thereafter, it is heated at 80 ° C. for about 5 minutes to be cured until it forms a jelly. Next, it is covered with a transparent
次に、レーザマウント310について、図7を用いて説明する。図7に示すように、L字型のヒートシンク311にレーザチップ301がバンプ電極(不図示)を熱圧着することによりダイボンドされている。レーザチップ301は、第1または第2実施形態で説明したInGaAs系の半導体レーザ素子であり、そのチップ下面301bには高反射膜がコーティングされており、一方、レーザチップ上面301aには低反射膜がコーティングされている。これらの反射膜は、レーザチップ端面の保護も兼ねている。
Next, the
ヒートシンク311の基部311bには負電極312が、ヒートシンク311と導通しないように絶縁物により固着されている。この負電極312とレーザチップ301の表面のn型電極301cとは、金ワイヤー307cによって接続されている。上述のように、このレーザマウント310を、図6の回路基板306の正電極(図示せず)にはんだ固定して、負電極312の上部の平坦部313と回路基板306の負電極部(図示せず)とをワイヤー307cで接続する。このような配線の形成により、レーザビーム314を発振により得ることができる光伝送モジュール300が完成する。
A
上述したように、この光伝送システムでは、相手側が同じ光伝送モジュールをもう1台保持して、光信号の送受信を行うことを前提としている。光源から情報を持って発した光信号は、相手の光伝送モジュールの受光素子によって受信され、また、相手から発信された光信号は上記受光素子によって受信する。 As described above, in this optical transmission system, it is assumed that the other party holds another optical transmission module and transmits and receives an optical signal. The optical signal emitted from the light source with information is received by the light receiving element of the counterpart optical transmission module, and the optical signal transmitted from the counterpart is received by the light receiving element.
この光伝送モジュール300を用いた光伝送システムの例を図8に示す。この光伝送システムは、前述の光伝送モジュール300をパーソナルコンピュータ315と部屋の天井に設置した基地局316の両方に備え、それぞれ端末とサーバーとして使用し、光(赤外線)によるデータ通信を実現するものである。
An example of an optical transmission system using the
この第4実施形態の光伝送モジュール300は、前述のように安価に製造でき、かつ良好な温度特性を有する放熱特性の優れた半導体レーザ素子を用いているため、従来よりも広い温度範囲で使用できる光伝送システムを低価格で提供することができるようになる。
Since the
尚、本発明の半導体レーザ素子、光伝送システムおよび光ディスク装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、たとえば井戸層・障壁層の層厚や層数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The semiconductor laser device, the optical transmission system, and the optical disc apparatus of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and depart from the gist of the present invention, such as the layer thickness and the number of layers of the well layers and barrier layers. Of course, various modifications can be made within the range not to be performed.
100…リッジ部
101…n−GaAs基板
102…n−GaAsバッファ層
103…n−AlGaAs第1下クラッド層
104…n−AlGaAs第2下クラッド層
105…AlGaAs下ガイド層
106…多重歪量子井戸活性層
107…AlGaAs上ガイド層
108…p−AlGaAs第1上クラッド層
109…p−AlGaAs第2上クラッド下部層
110…p−GaAsエッチングストップ層
111…p−AlGaAs第2上クラッド上部層
112…p−GaAsコンタクト層
113…p+−GaAsコンタクト層
114…p側電極
115…n側電極
116…バンプ電極
117…チップ端部
118…レジストマスク
119a…リッジ部を形成する領域
119b…リッジ部を形成しない領域
120…ダミーリッジ部
121…絶縁体膜
200…光ディスク装置
201…光ディスク
202…半導体レーザ素子
203…コリメートレンズ
204…ビームスプリッタ
205…λ/4偏光板
206…対物レンズ
207…受光素子用対物レンズ
208…信号検出用受光素子
209…信号光再生回路
300…光伝送モジュール
301…半導体レーザ素子
301a…低反射膜
301b…高反射膜
301c…n側電極
302…受光素子
303…エポキシ樹脂モールド
304…レンズ部
305…レンズ部
306…回路基板
306a…凹部
307a,307b,307c…ワイヤー
308…IC回路
309…シリコン樹脂
310…レーザマウント
311…ヒートシンク
311b…基部
312…負電極
313…平坦部
314…レーザビーム
315…パーソナルコンピュータ
316…基地局
401…n−GaAs基板
402…n−InGaPクラッド層
403…歪量子井戸活性層
404…p−InGaPクラッド層
405…p−InGaAsコンタクト層
406…p側電極
407…n側電極
408…ショットキー接合部
DESCRIPTION OF
Claims (23)
上記リッジ部を含む上記第2導電型の半導体層群を覆うように上部電極が形成され、
少なくとも上記リッジ部上面の面積よりも広い領域の上記上部電極の表面が実装面となることを特徴とする半導体レーザ素子。 An active layer formed on a substrate of the first conductivity type and a second conductivity type semiconductor layer group formed on the active layer, and a part on the upper side of the second conductivity type semiconductor layer group Is a semiconductor laser element forming a stripe-shaped ridge portion,
An upper electrode is formed so as to cover the second conductive type semiconductor layer group including the ridge portion,
A semiconductor laser device characterized in that at least the surface of the upper electrode in a region wider than the area of the upper surface of the ridge portion is a mounting surface.
上記第2導電型の半導体層群の上側の一部であって、上記ストライプ状のリッジ部の両脇に上記リッジ部の高さより高いダミーリッジ部が設けられており、
上記リッジ部および上記ダミーリッジ部を含む上記第2導電型の半導体層群を覆うように上記上部電極が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
Dummy ridge portions that are part of the upper side of the second conductivity type semiconductor layer group and are higher than the height of the ridge portion are provided on both sides of the striped ridge portion,
A semiconductor laser device, wherein the upper electrode is formed so as to cover the second conductive type semiconductor layer group including the ridge portion and the dummy ridge portion.
上記ダミーリッジ部は、上記リッジ部と同一の半導体層群と、上記ダミーリッジ部を構成する半導体層群表面に設けられた絶縁体膜からなることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 2,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the dummy ridge portion includes the same semiconductor layer group as the ridge portion and an insulator film provided on a surface of the semiconductor layer group constituting the dummy ridge portion.
上記ダミーリッジ部は、その上に形成された上記上部電極との間でショットキー接合をなす電流遮断層を上記リッジ部と同一の半導体層群上に有することを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 2,
The semiconductor laser device, wherein the dummy ridge portion has a current blocking layer which forms a Schottky junction with the upper electrode formed thereon on the same semiconductor layer group as the ridge portion.
上記ダミーリッジ部は、上記リッジ部と同一の半導体層群上に、第1導電型の半導体層からなる電流遮断層を有することを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 2,
The dummy ridge portion has a current blocking layer made of a first conductivity type semiconductor layer on the same semiconductor layer group as the ridge portion.
上記活性層から上記上部電極までの厚さ方向の最短距離をHcとし、上記リッジ部の厚さ方向の高さをHrとし、上記リッジ部の両側における上記上部電極の膜厚をHeとし、上記リッジ部の傾斜面の下側の縁を基点として、上記基板の平面に平行な方向かつ上記リッジ部から離れる方向の距離をxとしたとき、
少なくともx≦(Hc+He)の範囲内において、
He > Hr
の条件を満足することを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
The shortest distance in the thickness direction from the active layer to the upper electrode is Hc, the height in the thickness direction of the ridge is Hr, the thickness of the upper electrode on both sides of the ridge is He, When the distance in the direction parallel to the plane of the substrate and away from the ridge portion is defined as x with the lower edge of the inclined surface of the ridge portion as a base point,
At least in the range of x ≦ (Hc + He),
He> Hr
A semiconductor laser device satisfying the following conditions:
少なくとも上記He>Hrの条件を満足する上記上部電極の領域に放熱体が接続されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 6, wherein
A semiconductor laser element, wherein a heat radiator is connected to a region of the upper electrode that satisfies at least the condition of He> Hr.
上記上部電極が多層金属膜であって、
少なくとも上記He>Hrの条件を満足する上記多層金属膜の領域の最上層が金または金合金からなることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 6, wherein
The upper electrode is a multilayer metal film,
A semiconductor laser device, wherein the uppermost layer in the region of the multilayer metal film satisfying at least the condition of He> Hr is made of gold or a gold alloy.
上記多層金属膜が、少なくとも上記He>Hrの条件を満足する領域における総膜厚に対する金または金合金からなる最上層の膜厚の比が9/10以上であることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 8, wherein
A ratio of the film thickness of the uppermost layer made of gold or a gold alloy to the total film thickness in a region where the multilayer metal film satisfies at least the condition of He> Hr is 9/10 or more. .
上記x≦(Hc+He)の範囲内において、
He > 3Hr
の条件を満足することを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 6, wherein
Within the range of x ≦ (Hc + He),
He> 3Hr
A semiconductor laser device satisfying the following conditions:
上記上部電極のチップ端部近傍の領域の膜厚が、上記上部電極の他の領域の膜厚よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
2. A semiconductor laser device according to claim 1, wherein a film thickness of a region in the vicinity of the chip end of the upper electrode is smaller than a film thickness of another region of the upper electrode.
上記リッジ部の両側における上記上部電極と上記半導体層群との間のショットキー接合を用いて、上記リッジ部に対する電流狭窄を行っていることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser element, wherein current confinement is performed on the ridge portion by using a Schottky junction between the upper electrode and the semiconductor layer group on both sides of the ridge portion.
上記第2導電型の半導体層群は、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層からなり、
上記上部電極と上記低濃度半導体層の界面に、上記上部電極の構成元素の少なくとも1つと上記低濃度半導体層の構成元素の少なくとも1つとからなる低濃度側の化合物層が形成され、
上記上部電極と上記高濃度半導体層の界面に、上記上部電極の構成元素の少なくとも1つと上記高濃度半導体層の構成元素の少なくとも1つとからなる高濃度側の化合物層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 12, wherein
The second conductivity type semiconductor layer group includes at least a low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and a high concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more.
At the interface between the upper electrode and the low-concentration semiconductor layer, a low-concentration compound layer comprising at least one constituent element of the upper electrode and at least one constituent element of the low-concentration semiconductor layer is formed,
A high-concentration compound layer comprising at least one constituent element of the upper electrode and at least one constituent element of the high-concentration semiconductor layer is formed at the interface between the upper electrode and the high-concentration semiconductor layer. A semiconductor laser device.
上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 13, wherein
A semiconductor laser element, wherein a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more is formed between the low-concentration semiconductor layer and the active layer.
上記高濃度半導体層が上記リッジ部の最上部に設けられ、上記低濃度半導体層が少なくとも上記リッジ部の最上部以外の領域に設けられていることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 13, wherein
The semiconductor laser device, wherein the high-concentration semiconductor layer is provided on the uppermost portion of the ridge portion, and the low-concentration semiconductor layer is provided on at least a region other than the uppermost portion of the ridge portion.
上記基板の厚みが80μm以上であることを特徴とする半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 12, wherein
A semiconductor laser element, wherein the substrate has a thickness of 80 μm or more.
第1導電型の基板上に活性層を形成する工程と、
上記活性層上に第2導電型の半導体層群を形成する工程と、
上記第2導電型の半導体層群の上側の一部を除去してストライプ状のリッジ部を形成する工程と、
上記リッジ部を含む上記第2導電型の半導体層群を覆うように薄膜電極を形成する工程と、
上記薄膜電極の少なくとも上記リッジ部の両側の領域上に厚膜電極を形成する工程を含み、上記薄膜電極と上記厚膜電極で表面が実装面となる上部電極を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 A semiconductor laser device manufacturing method for manufacturing the semiconductor laser device according to claim 1,
Forming an active layer on a substrate of a first conductivity type;
Forming a second conductivity type semiconductor layer group on the active layer;
Removing a part of the upper side of the semiconductor layer group of the second conductivity type to form a striped ridge portion;
Forming a thin film electrode so as to cover the second conductivity type semiconductor layer group including the ridge portion;
Forming a thick film electrode on at least regions on both sides of the ridge portion of the thin film electrode, and forming an upper electrode having a surface as a mounting surface by the thin film electrode and the thick film electrode A method for manufacturing a laser element.
上記薄膜電極を形成する工程において、最上層を金または金合金からなる多層金属膜を形成し、
上記薄膜電極を給電メタルとして、上記厚膜電極をメッキにより形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 17,
In the step of forming the thin film electrode, a multilayer metal film made of gold or a gold alloy is formed as the uppermost layer,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, wherein the thin film electrode is used as a power supply metal and the thick film electrode is formed by plating.
上記厚膜電極が金または金合金からなり、
少なくとも上記リッジ部の両側の上記厚膜電極の領域に放熱体を熱圧着させる工程を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 17,
The thick film electrode is made of gold or a gold alloy,
A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising a step of thermocompression bonding a radiator to at least regions of the thick film electrodes on both sides of the ridge portion.
上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記活性層上に、少なくともドーピング濃度が1×1017cm-3以下の低濃度半導体層とドーピング濃度が1×1018cm-3以上の高濃度半導体層からなる第2導電型の半導体層群を形成すると共に、
上記薄膜電極の形成後に熱処理を行うことによって、上記薄膜電極と上記第2導電型の半導体層群との界面に化合物層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 17,
In the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, at least a low concentration semiconductor layer having a doping concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less and a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more are formed on the active layer. Forming a second conductivity type semiconductor layer group composed of a high concentration semiconductor layer of
A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: forming a compound layer at an interface between the thin film electrode and the second conductivity type semiconductor layer group by performing a heat treatment after the formation of the thin film electrode.
上記第2導電型の半導体層群を形成する工程において、上記低濃度半導体層と上記活性層との間に、少なくとも1×1017cm-3以上のドーピング濃度を有する第2導電型の半導体層を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor laser device according to claim 20,
In the step of forming the second conductivity type semiconductor layer group, a second conductivity type semiconductor layer having a doping concentration of at least 1 × 10 17 cm −3 or more between the low concentration semiconductor layer and the active layer. Forming a semiconductor laser element.
17. An optical transmission system using the semiconductor laser device according to claim 1.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012054474A (en) * | 2010-09-02 | 2012-03-15 | Opnext Japan Inc | Semiconductor laser device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5621387A (en) * | 1979-07-31 | 1981-02-27 | Fujitsu Ltd | Semiconductor luminescent device |
JPH11186650A (en) * | 1997-12-19 | 1999-07-09 | Toshiba Corp | Compd. semiconductor laser device |
JP2001015851A (en) * | 1999-07-01 | 2001-01-19 | Sony Corp | Semiconductor laser device and its manufacture |
JP2002246333A (en) * | 2001-02-19 | 2002-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2003086877A (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor laser device and its manufacturing method |
-
2004
- 2004-11-19 JP JP2004336176A patent/JP2005203746A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5621387A (en) * | 1979-07-31 | 1981-02-27 | Fujitsu Ltd | Semiconductor luminescent device |
JPH11186650A (en) * | 1997-12-19 | 1999-07-09 | Toshiba Corp | Compd. semiconductor laser device |
JP2001015851A (en) * | 1999-07-01 | 2001-01-19 | Sony Corp | Semiconductor laser device and its manufacture |
JP2002246333A (en) * | 2001-02-19 | 2002-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2003086877A (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor laser device and its manufacturing method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012054474A (en) * | 2010-09-02 | 2012-03-15 | Opnext Japan Inc | Semiconductor laser device |
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