JP2008141039A - Edge emitting semiconductor laser - Google Patents
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Description
本発明は、表面にメッキ層を有する端面発光型半導体レーザに関する。 The present invention relates to an edge-emitting semiconductor laser having a plating layer on the surface.
半導体レーザでは、従来から端面発光型のレーザが良く知られている。例えば、特許文献1や特許文献2に示されるように、端面発光型のレーザは、n型GaAs基板上に、n型AlGaAsクラッド層、活性層、p型AlGaAsクラッド層、n型AlGaAs電流ブロック層、p型コンタクト層等で構成される。また、n型GaAs基板の裏面にはn電極が、p型GaAsコンタクト層の上面にはp電極が形成される。
As a semiconductor laser, an edge-emitting laser has been well known. For example, as shown in Patent Document 1 and
そして、上記半導体レーザチップを半田等により基板等にボンディングするためには、n電極又はp電極のどちらかにAu等のメッキ層を設けることが行われる。 In order to bond the semiconductor laser chip to a substrate or the like with solder or the like, a plating layer such as Au is provided on either the n electrode or the p electrode.
電極にメッキ層を形成する場合には、多数のチップを一度に作製するために、1枚のウエハ上に、上記のような半導体レーザ構造を形成しておき、一方の電極にメッキ層を形成した後、へき開を行って分離している。 When a plated layer is formed on an electrode, the semiconductor laser structure as described above is formed on one wafer and a plated layer is formed on one electrode in order to produce a large number of chips at once. And then cleaved to separate.
図8は、電極側から見た端面発光型半導体レーザ構造を有するウエハの一部を示し、従来のメッキ層の構成を示す。図8のようなウエハからチップ毎に分離するためには、へき開位置23(図の破線位置)に沿ってへき開を行わなければならない。したがって、へき開可能なように、メッキ層22を電極21上に連続して形成せずに、所定の間隔を開けて分離して形成し、へき開位置23付近には、メッキ層22を設けないようにしていた。
しかし、上記従来技術のように、へき開位置23付近に、メッキ層22を設けないようにする構造では、へき開は行えるが、分離後の半導体レーザチップ端面での放熱性が悪くなり、COD(Catastrophic Optical Damage)破壊が発生しやすくなるという問題があった。特に、半導体レーザの構成材料によっては(例えばAlGaInP系レーザ)、端面の光吸収が増大し、温度上昇が顕著になって光学損傷が発生しやすい。
However, in the structure in which the
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、表面にメッキ層が設けられていてもへき開が行えるとともに、共振器端面の放熱性を向上させた端面発光型半導体レーザを提供することを目的としている。 The present invention was devised in order to solve the above-described problems. An edge-emitting semiconductor laser that can be cleaved even if a plating layer is provided on the surface and has improved heat dissipation of the resonator end face is provided. It is intended to provide.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、共振器の一方の端面から他方の端面にまで渡ってメッキ層が表面に形成された端面発光型半導体レーザであって、前記メッキ層の端部の幅は、中央部の幅よりも狭く形成されていることを特徴とする端面発光型半導体レーザである。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an edge-emitting semiconductor laser in which a plating layer is formed on the surface from one end face of the resonator to the other end face, and the plating layer The edge-emitting semiconductor laser is characterized in that the width of the end is narrower than the width of the center.
また、請求項2記載の発明は、前記メッキ層の端部は、電流狭窄を行うリッジ構造に対応した位置に形成されていることを特徴とする請求項1記載の端面発光型半導体レーザである。 According to a second aspect of the present invention, in the edge-emitting semiconductor laser according to the first aspect, the end portion of the plating layer is formed at a position corresponding to a ridge structure that performs current confinement. .
また、請求項3記載の発明は、前記メッキ層の端面の幅は、中央部の幅の1/2以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の端面発光型半導体レーザである。 The invention according to claim 3 is characterized in that the width of the end face of the plating layer is 1/2 or less of the width of the central portion. This is an edge-emitting semiconductor laser.
また、請求項4記載の発明は前記メッキ層の形状は、十字形状又は八角形状であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の端面発光型半導体レーザである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the edge-emitting semiconductor laser according to any one of the first to third aspects, the shape of the plating layer is a cross shape or an octagonal shape. .
本発明によれば、共振器の一方の端面から他方の端面にまで渡ってメッキ層を素子表面に形成しているので、端面における放熱が確保され、COD破壊を防止することができる。一方、メッキ層の端部の幅は、メッキ層の中央部分の幅よりも狭くしているので、共振器の端面を形成するためのへき開を行うことが可能となる。 According to the present invention, since the plating layer is formed on the element surface from one end face to the other end face of the resonator, heat dissipation at the end face is ensured, and COD breakdown can be prevented. On the other hand, since the width of the end portion of the plated layer is narrower than the width of the central portion of the plated layer, it is possible to cleave to form the end face of the resonator.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1は本発明の端面発光型半導体レーザの斜視図を示す。また、図2は、図1を上側から見た平面図を示す。基板2の上に、n型クラッド層3、活性層4、p型クラッド層5、n型電流狭窄層6、p型コンタクト層7が形成されており、基板2の裏面にはn電極1が、p型コンタクト層7の上にはp電極8が形成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an edge emitting semiconductor laser of the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 as viewed from above. An n-type cladding layer 3, an active layer 4, a p-type cladding layer 5, an n-type
活性層4は、量子井戸構造(Quantum Well)を有する活性層であり、井戸層(ウェル層)を、井戸層よりもバンドギャップの大きな障壁層(バリア層)でサンドイッチ状に挟んだ構造となっている。この量子井戸構造は、1つではなく、多重化しても良く、この場合は、MQW(Multi Quantum Well)、すなわち多重量子井戸構造となる。 The active layer 4 is an active layer having a quantum well structure, and has a structure in which a well layer (well layer) is sandwiched between barrier layers (barrier layers) having a larger band gap than the well layer. ing. The quantum well structure may be multiplexed instead of one. In this case, an MQW (Multi Quantum Well), that is, a multiple quantum well structure is formed.
ここで、図1の端面発光型半導体レーザの各層の構成例を示すと、基板2はn型GaAs基板、n型クラッド層3はn型AlGaInP、活性層4はGaInP井戸層とアンドープのAlGaInPバリア層とを交互に数周期積層された多重量子井戸構造、p型クラッド層5はp型AlGaInP、n型電流狭窄層6はn型AlInP、p型コンタクト層7はp型GaAsで構成される。なお、活性層4はAlGaInP光ガイド層を含む構造となっていても良い。また、n型のドーパントとしてはSiが、p型のドーパントとしてはMgが用いられる。p電極8はTiとAuの多層金属膜等が、n電極1はAu、Ge、Niの合金層とTiとAuの多層金属膜等が用いられる。上記の構成は、端面発光型半導体レーザの一例を示したものにすぎず、これらの組成材料に限定されるものではない。
Here, a configuration example of each layer of the edge emitting semiconductor laser of FIG. 1 is shown. The
図1の端面発光型半導体レーザは、p型クラッド層5で、ストライプ状のリッジ部を形成し、このリッジ部の両側にn型電流狭窄層6を配置し、p型クラッド層5と電流狭窄層6をp型コンタクト層7で覆った埋め込みリッジ構造を有している。
The edge-emitting semiconductor laser shown in FIG. 1 has a p-type cladding layer 5 formed with a striped ridge portion, an n-type
リッジ部の屈折率とリッジ側面に配置されたn型電流狭窄層6との屈折率の差によって水平方向に光を閉じ込めている。電流は、逆バイアスとなるn型電流狭窄層6及びその下部には流れず、ストライプ状のリッジ部を流れる。
Light is confined in the horizontal direction by the difference between the refractive index of the ridge portion and the refractive index of the n-type
p電極8とn電極1との間に通電すると、電流は、電流狭窄層6により狭窄され、リッジ部の下部位置に相当する活性層4の中央部から発光が得られる。この発光は、レーザ共振器を構成する端面Aと端面Bで反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとしてどちらか一方の端面から外部に出射される。
When a current is applied between the
ところで、p電極8の上にはAu(金)等の金属によるメッキ層9が一方の端面から他方の端面に渡って形成されている。メッキ層9は十字形状をしており、図2に示されるように、中央部分に形成されたメッキ層9の幅X2よりも、端面部分に形成されたメッキ層9の幅X3の方を小さくしている。このようにすることで、端面の放熱性を向上させるとともに、端面位置でのへき開を行えるようにしている。
By the way, a plating
メッキ層9がAuの場合の寸法の一例を示すと、X1は200μm、Y1は910μm、メッキ層9の厚さは3μm〜5μm、X2は120μm、Y2は810μm、X3は50μmである。またリッジ部の幅は2〜3μmに形成されている。
An example of dimensions when the
図2のX3で示される共振器の端面部に形成された幅の狭いメッキ層領域は、共振器方向に長すぎると端面の放熱性が悪くなり、あまり短すぎるとへき開位置の誤差に対応できなくなるので、適切な長さに設定されている。また、メッキ層9の端部の幅X3は、広くしすぎるとへき開が行えなくなるので、幅X3はメッキ層9の中央部の幅X2の半分以下とするのが望ましい。
The narrow plating layer region formed on the end face of the resonator indicated by X3 in FIG. 2 has poor heat dissipation at the end face if it is too long in the direction of the resonator, and can cope with cleavage position errors if it is too short. Since it will disappear, it is set to an appropriate length. In addition, if the width X3 of the end portion of the
さらに、p型クラッド層5のリッジ部直下の活性層4が発光することから、この部分に熱の発生が集中するので、放熱を効率良く行うため、メッキ層9の端部の幅X3は、電流通路となるリッジ部の幅全体を含むように形成することが望ましい。
Furthermore, since the active layer 4 immediately below the ridge portion of the p-type cladding layer 5 emits light, heat generation is concentrated in this portion. Therefore, in order to efficiently dissipate heat, the width X3 of the end portion of the
図3は、端面発光型半導体レーザ素子が連続して形成されたウエハに、図2に示すメッキ層9を各素子に連続して形成した場合のへき開位置との関係を示す。へき開位置15におけるメッキ層9の幅は中央部に比べて狭く作製されているので、へき開分離を行うことが可能となる。
FIG. 3 shows the relationship with the cleavage position when the
図4は、図2に示すメッキ層構造と同じものを用い、層構造が異なる端面発光型半導体レーザを示す。図1と同じ符号は、同じ構成を示す。図1と比較して図4ではp型コンタクト層7が設けられていないことを除けば、他の層構造は同じである。 FIG. 4 shows an edge-emitting semiconductor laser having the same layer structure as that shown in FIG. 2 but having a different layer structure. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same configurations. Compared to FIG. 1, the other layer structure is the same except that the p-type contact layer 7 is not provided in FIG.
p型コンタクト層7を設けないことにより、p型コンタクト層7による熱膨張による歪みや欠陥による光の吸収を抑制することができる。また、p電極8がp型クラッド層5のリッジ部とn型電流狭窄層6と接することになり、リッジ部直下で発生する熱が図1に比べてメッキ層9の端部に伝わりやすくなり、放熱効果が上がるという利点もある。
By not providing the p-type contact layer 7, it is possible to suppress light absorption due to distortion and defects due to thermal expansion due to the p-type contact layer 7. Further, the p-
次に、図5は、メッキ層9の他の構造を示す。図5では、p電極8上に形成されたメッキ層9が八角形状となっている。図1と寸法例は同じであり、X1は200μm、Y1は910μm、メッキ層9の厚さは3μm〜5μm、X2は120μm、Y2は810μm、X3は50μmである。このように、メッキ層の中央部から端部にかけて除々に狭くしていくことで、共振器端面の放熱性を確保するとともに、へき開を行えるようにする。
Next, FIG. 5 shows another structure of the
本発明の端面発光型半導体レーザの製造方法を以下に示す。メッキ層9の構造は図2のものとした。まず、1枚の大きなウエハとなる基板1の上に、MOCVD法等により、n型クラッド層3、活性層4、p型クラッド層5をエピタキシャル成長させる。レーザの共振器方向(リッジ部のストライプ方向)を長手方向として、p型クラッド層5上にストライプ状にマスクをチップの個数分形成する。
The manufacturing method of the edge emitting semiconductor laser of the present invention will be described below. The structure of the
ウエットエッチングによりp型クラッド層5をリッジ形状にチップの個数分形成する。再びMOCVD法等により、n型電流狭窄層6を選択成長させる。先のマスクをリフトオフした後、p型コンタクト7を成長させる。最後に、ラッピング、ポリッシュによってウエハを所望の厚さにして、蒸着法等によりn電極1及びp電極8、そしてAu等によるメッキ層9を形成する。
The p-type cladding layer 5 is formed in a ridge shape by the number of chips by wet etching. The n-type
上記の製造方法により、1枚のウエハ上に図1の構造を有するチップが多数並んだ状態となる。その状態を示すのが、図6である。ウエハ12は図1の構造を有するチップが多数形成された状態を示し、それをメッキ層9側から見た図となっている。
With the above manufacturing method, a large number of chips having the structure of FIG. 1 are arranged on one wafer. FIG. 6 shows this state. The wafer 12 shows a state in which a large number of chips having the structure of FIG. 1 are formed, and is a view as seen from the plated
ここで、破線で示したラインは、第1回目のへき開のためのへき開位置16である。破線で示されたへき開位置16に各々ケガキを入れて、たたくとへき開分離される。この分離が行われてチップが一列に並んで構成されている状態を示すのが図7である。図7のように、第1回目のへき開分離により、ライン状にチップが並んだ状態で共振器を構成する両へき開面(共振器端面A及びB)に反射コート(反射膜)を形成する。レーザ光の出射端面側にはARコート(低反射膜)10を、レーザ光の出射端面とは反対側にはHRコート(高反射膜)11を形成する。
Here, the line shown with the broken line is the
例えば、ARコート10には、アルミナ等が用いられ、HRコート11にはSiO2とTiO2とを交互に3〜4周期積層した多層膜や、SiO2とZrO2とを交互に3〜4周期積層した多層膜等が用いられる。
For example, alumina or the like is used for the
次に、第2回目のへき開を行って、最終の1個のチップとなる。へき開は図6の場合と同様、破線のへき開位置17にケガキを入れて、たたくと、破線位置で分離される。そして図1の端面発光型半導体レーザが完成する。
Next, a second cleavage is performed to form the final chip. As in the case of FIG. 6, the cleavage is separated at the broken line position by putting an inscription on the
1 n電極
2 基板
3 n型クラッド層
4 活性層
5 p型クラッド層
6 n型電流狭窄層
7 p型コンタクト層
8 p電極
9 メッキ層
1 n-
Claims (4)
前記メッキ層の端部の幅は、中央部の幅よりも狭く形成されていることを特徴とする端面発光型半導体レーザ。 An edge-emitting semiconductor laser in which a plating layer is formed on the surface from one end face of the resonator to the other end face,
The edge-emitting semiconductor laser according to claim 1, wherein a width of an end portion of the plated layer is narrower than a width of a central portion.
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