JP2007150237A - 光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板1表面に直交する方向にレーザ光を射出する面発光型半導体レーザVと、面発光型半導体レーザVと並列接続され、面発光型半導体レーザVの逆バイアス電圧に対して整流作用を有する整流ダイオードEとを同一基板1上に備える光素子において、面発光型半導体レーザVの少なくとも一部を含む第1柱状部20の側面及び上面の一部を覆うと共に整流ダイオードEの少なくとも一部を含む第2柱状部21の側面及び上面の全周を覆う絶縁層16を備える。
【選択図】図2
Description
ところで、絶縁層36の材料としてはポリイミド等の樹脂材料が一般的に用いられるが、このような樹脂材料と半導体材料との熱膨張係数は大きく異なっている。より具体的には、熱が加えられた場合、絶縁層36は半導体材料である柱状部より収縮量が大きい。
従って、光素子の製造工程において加熱工程がある場合、または製品として完成した光素子の使用中において温度上昇が生じた場合、絶縁層36が各柱状部から剥離し、絶縁層36と各柱状部との界面において各電極が断線してしまう恐れがある。このような温度上昇に伴う電極の断線は、製造工程における歩留まりの低下を招き、また、製品としての信頼性の低下を招くことになる。
この発明によれば、面発光型半導体レーザの少なくとも一部を含む第1柱状部の側面及び上面の一部が第1絶縁層により覆われており、整流素子の少なくとも一部を含む第2柱状部の側面及び上面の全周が第2絶縁層により覆われている。このため、温度上昇に伴う第1柱状部からの第1絶縁層の剥離及び第2柱状部からの第2絶縁層の剥離が防止され、これら絶縁層上に設けられる電極の断線を防止することができる。すなわち、温度上昇に伴う電極の断線による歩留まり及び信頼性の低下を防止することができる。
ここで、第2絶縁層が第2柱状部の上面の全周を覆うことで、製造工程などにおいて第2絶縁層が伸張、収縮しても、第2絶縁層の伸縮による負荷が第2柱状部と第2絶縁層とに均等にかかる。このため、第2絶縁層と第2柱状部との接着強度が維持される。そして、第2絶縁層の伸縮時において第2絶縁層に対して局所的に負荷がかかることによって第2絶縁層が剥離することを防止するために、第2柱状部と第2絶縁層との間で均等に負荷が加わるように光素子を設計する必要がなくなる。したがって、面発光型半導体レーザの静電破壊を抑制でき、光素子の設計の自由度が向上する。
或いは、本発明の光素子は、前記第1絶縁層上には、前記第1柱状部の上面に接合して前記面発光型半導体レーザと電気的に接続された第1電極が形成されており、前記第1絶縁層は、少なくとも前記第1電極の下方の部分が前記第1柱状部の上面を覆っていることを特徴としている。
この発明によると、第1柱状部の上面に接合して面発光型半導体レーザと電気的に接続される第1電極の下方に位置する第1絶縁層が少なくとも第1柱状部の上面を覆っているため、少なくとも第1電極の下方において第1柱状部からの第1絶縁層の剥離が防止されて第1電極の断線をなくすことができる。
或いは、本発明の光素子は、前記第2絶縁層上には、前記第2柱状部の上面に接合して前記整流素子と電気的に接続された第2電極が形成されており、前記第2絶縁層は、少なくとも前記第2電極の下方の部分が前記第2柱状部の上面を覆っていることを特徴としている。
この発明によると、第2柱状部の上面に接合して受光素子と電気的に接続される第2電極の下方に位置する第2絶縁層が少なくとも第2柱状部の上面を覆っているため、少なくとも第2電極の下方において第2柱状部からの第2絶縁層の剥離が防止されて第2電極の断線をなくすことができる。
また、本発明の光素子は、前記第2絶縁層が、前記第2柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも1μm覆っていることが望ましい。
この発明によると、面発光型半導体レーザの少なくとも一部を含む第1柱状部の側面及び上面の一部を覆うように第1絶縁層が形成され、整流素子の少なくとも一部を含む第2柱状部の側面及び上面の全周を覆うように2絶縁層が形成される。このため、温度上昇に伴う第1柱状部からの第1絶縁層の剥離及び第2柱状部からの第2絶縁層の剥離が防止され、これら絶縁層上に設けられる電極の断線を防止することができる。すなわち、温度上昇に伴う電極の断線による歩留まり及び信頼性の低下を防止することができる。
ここで、第2絶縁層が第2柱状部の上面の全周を覆うことで、製造工程などにおいて第2絶縁層が伸張、収縮しても、第2絶縁層の伸縮による負荷が第2柱状部と第2絶縁層とに均等にかかる。このため、第2絶縁層と第2柱状部との接着強度が維持される。そして、第2絶縁層の伸縮時において第2絶縁層に対して局所的に負荷がかかることによって第2絶縁層が剥離することを防止するために、第2柱状部と第2絶縁層との間で均等に負荷が加わるように光素子を設計する必要がなくなる。したがって、面発光型半導体レーザの静電破壊を抑制でき、光素子の設計の自由度が向上する。
まず、図1及び図2を参照して本発明の一実施形態による光素子の構成について説明する。図1は本発明の一実施形態による光素子を模式的に示す平面図であり、図2は本発明の一実施形態による光素子を模式的に示す断面図である。なお、図2は、図1中のA−A線に沿う断面図である。図2に示す通り、本実施形態の光素子Dは、面発光型半導体レーザVと整流ダイオードEとを含んで構成される。
これらn型半導体層11、i型半導体層10、コンタクト層9及び第2ミラー層5は第2柱状部21を形成しており、この内、コンタクト層9、i型半導体層10、n型半導体層11はpinダイオード、つまり整流ダイオードEを構成している。
そして、絶縁層16が第2柱状部21の上面の全周を覆っているため、絶縁層16が収縮しても、これによる負荷が第2柱状部21に対して均等に加わって絶縁層16と第2柱状部21との接着が維持される。このため、面発光型半導体レーザVの静電破壊が抑制できる。したがって、絶縁層16の収縮時に第2柱状部21と絶縁層16との間で均等に負荷が加わるように光素子Dを設計する必要がなくなり、光素子Dの設計の自由度が向上する。
次に、本実施形態の光素子Dの一般的な動作について説明する。尚、下記の光素子10の駆動方法は一例であり、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。まず、第5電極17と第1電極15とを不図示の電源に接続して第2ミラー層4、活性層3、第1ミラー層2で構成されるpinダイオードに順方向の電圧を印加すると、面発光型半導体レーザVの活性層3において、電子と正孔との再結合が生じ、再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第2ミラー層4と第1ミラー層2との間を往復する間に誘導放出が起こって光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、開口部8aからレーザ光が射出される。
次に、以上説明した光素子Dの製造方法について説明する。図3〜図11は、本発明の一実施形態による光素子Dの製造工程を模式的に示す断面図である。尚、これらの図は図2に示す断面図に対応している。
そして、図9に示すように、第1柱状部20の上面、第4電極14の上面、第3電極13の上面、第1電極15の上面の中央部を開口させるようにマスクMを配置し、当該マスクMを介してレジスト層R4に光エネルギーを照射することによって、レジスト層R4及び絶縁層16を一括して露光及び現像を行い、絶縁層16のパターニングを行う。このようなパターニングを複数回行うことによって、それぞれに最適な露光及び現像時間を確保することができ、パターニング形状の最適化を図ることができる。このようにして、図10に示すように、第1柱状部20の上面、第4電極14の上面、第3電極13の上面、第1電極15の上面の中央部を露出させることができ、また、レジスト層R4及び絶縁層16は、上記各上面の辺縁部に覆いかぶさるように形成される。
この光素子では、図12に示すように、第1電極15、第2電極12、第3電極13及び第4電極14のそれぞれの辺縁部が、絶縁層16上に形成されている。
このように、第2電極12の辺縁部が絶縁層16上に形成されていることで、第2電極12とコンタクト層8との間にリーク電流の経路が形成されることを防止できる。また、第3電極13及び第4電極14の辺縁部が絶縁層16上に形成されていることで、第2電極12と同様に、第3電極13とコンタクト層9との間や第4電極14とi型半導体層10との間にリーク電流の経路が形成されることを防止できる。
このような構成においても、絶縁層16の収縮時の負荷が第2柱状部21に対して均等に加わり、絶縁層16と第2柱状部21との接着が維持されて面発光型半導体レーザVの静電破壊が抑制できる。したがって、光素子Dの設計の自由度が向上する。
まず、上述した実施形態と同様に、基板1上に第1ミラー層2、活性層3、第2ミラー層4、コンタクト層8、i型半導体層10及びn型半導体層11を形成し、これをパターニングした後、図13に示すように、電流狭窄層6、7を形成する。
続いて、図14に示すように、上述した実施形態と同様に、絶縁層16を形成する。そして、上記のように形成した絶縁層16上に、図15に示すように、フォトリソグラフィ法により所定パターンの第1電極15、第2電極12、第3電極13及び第4電極14を形成する。さらに、第5電極17及び第6電極18を形成する(図12参照)。
このような製造方法によっても、上述と同様に光素子の設計の自由度が向上する。
Claims (7)
- 基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザと並列接続され、面発光型半導体レーザの逆バイアス電圧に対して整流作用を有する整流素子とを同一基板上に備える光素子において、
前記面発光型半導体レーザの少なくとも一部を含む第1柱状部の側面及び上面の一部を覆う第1絶縁層と、
前記整流素子の少なくとも一部を含む第2柱状部の側面及び上面の全周を覆う第2絶縁層と
を備えることを特徴とする光素子。 - 前記第1絶縁層は、前記第1柱状部の上面外周を全周に亘って覆っていることを特徴とする請求項1記載の光素子。
- 前記第1絶縁層上には、前記第1柱状部の上面に接合して前記面発光型半導体レーザと電気的に接続された第1電極が形成されており、
前記第1絶縁層は、少なくとも前記第1電極の下方の部分が前記第1柱状部の上面を覆っていることを特徴とする請求項1記載の光素子。 - 前記第1絶縁層は、前記第1柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも1μm覆っていることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の光素子。
- 前記第2絶縁層上には、前記第2柱状部の上面に接合して前記整流素子と電気的に接続された第2電極が形成されており、
前記第2絶縁層は、少なくとも前記第2電極の下方の部分が前記第2柱状部の上面を覆っていることを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載の光素子。 - 前記第2絶縁層は、前記第2柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも1μm覆っていることを特徴とする請求項1〜5いずれか一項に記載の光素子。
- 基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザと並列接続され、面発光型半導体レーザの逆バイアス電圧に対して整流作用を有する整流素子とを同一基板上に備える光素子の製造方法において、
前記基板上に前記面発光型半導体レーザ及び前記整流素子を構成する複数の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層をエッチングすることにより、前記面発光型半導体レーザの少なくとも一部を含む第1柱状部を形成する工程と、
前記半導体層をエッチングすることにより、前記整流素子の少なくとも一部を含む第2柱状部を形成する工程と、
前記第1柱状部の側面及び上面の一部を覆うように第1絶縁層を形成する工程と、
前記第2柱状部の側面及び上面の全周を覆うように第2絶縁層を形成する工程と
を有することを特徴とする光素子の製造方法。
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