JP2016517632A - トレンチ領域に配置されたカソード金属層を備える半導体レーザ - Google Patents

Abstract

レーザダイオードは、基板と、基板上に配置された接合層とを備える。接合層は、レーザダイオードの量子井戸を形成する。レーザダイオードは、接合層を通って基板に延在する少なくとも１つのチャネルを含む接合面を備える。少なくとも１つのチャネルは、アノード領域およびカソード領域を画定する。カソード電気接合部は、カソード領域に位置する接合面上に配置されている。アノード電気接合部は、接合面に配置され、アノード領域に位置する接合層に接続されている。カソード金属層は、チャネルの少なくともトレンチ領域に配置されている。カソード金属層は、基板をカソード電気接合部に接続する。

Description

概要
本明細書に記載のさまざまな実施形態は、一般に、熱アシスト磁気記録などの装置に使用される半導体レーザに関する。一実施形態において、レーザダイオードは、基板と、基板上に配置された接合層とを備える。接合層は、レーザダイオードの量子井戸を形成する。レーザダイオードは、接合層を通って基板に延在する少なくとも１つのチャネルを含む接合面を備える。少なくとも１つのチャネルは、アノード領域およびカソード領域を画定する。カソード電気接合部は、カソード領域に位置する接合面上に配置されている。アノード電気接合部は、接合面に配置され、アノード領域に位置する接合層に接続されている。カソード金属層は、チャネルの少なくともトレンチ領域に配置されている。カソード金属層は、基板をカソード電気接合部に接続する。

別の実施形態において、レーザダイオードは、接合面を備える。接合面は、レーザダイオードのレーザ出力方向に沿って延在する２つの細長いチャネルと、２つの細長いチャンネルの間に位置するアノード領域に配置されたアノード電気接合部と、アノード領域の外側の１つ以上のカソード領域に配置された２つ以上のカソード電気接合部とを含む。レーザダイオードは、接合面の下方に配置された接合層を備える。接合層は、アノード領域において量子井戸を形成する。レーザダイオードは、接合層の下方に位置する基板を備える。細長いチャネルは、接合層を通って、レーザダイオードのレーザ出力方向に細長く延在するトレンチ領域に位置する基板まで延在する。カソード金属層は、トレンチ領域内に延在する。カソード金属層は、基板を２つ以上のカソード電気接合部に接続する。

さまざまな実施形態の上記および他の特徴および局面は、以下の詳細な説明および添付の図面から理解され得るであろう。

以下の説明は、以下の図面を参照する。複数の図面において、類似／同様の構成要素を識別するために、同様の参照番号を使用する。

例示実施形態に係るハードディスクドライブのスライダ組立体の斜視図である。 例示実施形態に係るハードディスクドライブのスライダ組立体の斜視図である。 例示実施形態に係るハードディスクドライブのスライダ組立体の斜視図である。 例示実施形態に係るレーザダイオードの底面図である。 例示実施形態に係るレーザダイオードの斜視図である。 例示実施形態に係るレーザダイオードの断面図である。 例示実施形態に係るレーザダイオードの断面図である。 例示実施形態に係る手順を示すフローチャートである。 さまざまな例示実施形態に係るカソードビア構造を示すためのレーザダイオードの断面図である。 さまざまな例示実施形態に係るカソードビア構造を示すためのレーザダイオードの断面図である。 さまざまな例示実施形態に係るカソードビア構造を示すためのレーザダイオードの断面図である。 他の例示実施形態に係る手順を示すフローチャートである。

詳細な説明
本開示は、熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）などの装置に使用された光学素子に関する。ＨＡＭＲ装置は、熱を使用して、代表的な磁気記録媒体（たとえば、ハードドライブディスク）のデータ面密度を制限し得る超常磁性効果を克服する。このような媒体における記録は、媒体が磁気書込みヘッドによって書込まれている間に、この媒体の小さな一部分を加熱する工程を含む。熱は、レーザダイオードなどのコヒーレント光源から発生されることができる。レーザダイオードからのエネルギーを媒体に導くために、光学素子をハードドライブのスライダに集積することができる。

制限された小さな加熱スポットを達成する１つの方法は、ハードドライブのスライダの浮上面の近くに配置されたプラズモン光学アンテナまたは絞りなどの光学近接場変換器（ＮＦＴ）を使用することである。光源（たとえば、レーザダイオード）からの光は、異なる屈折率を有するコアおよびクラッドからスライダに組込まれた光導波路に照射される。導波路は、コアおよびクラッドの各々の屈折率との間の高コントラストを含むことができる。導波路内に伝播する光は、平面固浸ミラー（ＰＳＩＭ）のようなエネルギーを光学ＮＦＴに集光することができる光学集光素子に導光されてもよい。他の構成において、導波路は、集光素子を使用せず、光をＮＦＴに直接伝送する。

ＮＦＴは、スライダの内部に形成された集積光学装置であってもよい。集積光学装置の分野は、機能性システムまたはサブシステムを製造するために、基板上で光学装置を構築することに関し、場合によっては電子素子との組合わせで基板上で光学装置を構築することに関する。たとえば、光は、層堆積技術を用いて基板上に構築された集積光学導波路を介して、素子間に伝播することができる。これらの導波路は、第１の材料を用いてコアとして形成され、クラッドとして機能する第２材料に囲まれてもよい。上述したＮＦＴおよびＰＳＩＭを含む他の光学素子は、同様の方法で形成されることができる。

ＨＡＭＲスライダにおいて、光は、記録処理中に媒体を加熱する光エネルギーを提供するために、これらの集積光学素子に照射される。光をスライダに照射する方法の１つは、スライダに作製した回折格子結合器を介して自由空間から光を照射する自由空間光送達と呼ばれる方法である。自由空間光送達組立体は、ドライブヘッドの外部に配置されたレーザを利用してもよい。ＨＡＭＲ記録用の光エネルギーを提供する別の方法は、スライダにレーザ光源（たとえば、レーザダイオード）を一体的に組立てる／形成する工程である。本明細書において、このような構成をレーザインスライダまたはレーザオンスライダと呼ぶ。インレーザスライダ光組立体またはレーザオンスライダ光組立体は、ウエハレベルまたはスライダレベル製造段階中に構築されることができる。

ＨＡＭＲ装置には、読取り／書込みヘッドなどの磁気電気素子とともに、さまざまな光学装置をスライダに集積する必要がある。一構成において、レーザインスライダ装置は、スライダの製造中に、別体のレーザダイオード素子をスライダに組立てることによって形成されることができる。この方法は、スライダの製造中に、追加の組立体および検査操作を実行する必要がある。大規模製造の歩留まりを許容範囲に確保するために、これらの組立体および検査操作の精度および信頼性が必要とされる。

例示実施形態に係るレーザインスライダ装置１００の一例は、図１Ａの斜視図に示されている。この例において、端面発光レーザダイオード１０２は、スライダ１００の後端面１０４に集積されている。レーザダイオード１０２は、ＨＡＭＲ読取り／書込みヘッド１０６と一体化されている。読取り／書込みヘッド１０６は、スライダ１００の浮上面１０８に配置された１つの端面を有する。浮上面１０８は、装置動作中に移動している媒体表面（図示せず）に近接するように保持されている。レーザダイオード１０２は、電磁エネルギーを提供して、読取り／書込みヘッド１０６が配置された箇所に近接する媒体表面の一点を加熱する。導波路１１０のような光結合素子は、レーザ１０２からの光を媒体に送達するために、（たとえば、層堆積により）スライダ装置１００に集積されるように形成される。

この例において、レーザダイオード１０２は、スライダ１００の追従面１０４に形成されたキャビティ１１２に凹設されている。キャビティ１１２の底面は、レーザダイオード１０２の下方表面１１２（たとえば、以下に説明される表面２０２）とインターフェースを形成する取付面１１３を含む。取付面１１３は、レーザ１０２上に形成された対応のバンプ／パッドとインターフェースを形成する半田バンプ１１４を含む。これらの半田バンプ１１４は、レーザ１０２をスライダ１００に接着することを容易にし、レーザ１０２に電気接続および他の機能を提供することができる。たとえば、半田バンプ１１４は、レーザ１０２のヒートシンクに寄与することができ、レーザ１０２の出射端１１７に位置する出力面１１６を導波路１１０に対して適切に整列することを保証する。

他の構成において、レーザダイオード１０２と同様のレーザダイオードは、スライダの上面、たとえば浮上面の反対側の表面に配置されてもよい。レーザダイオード１０２は、スライダの上面に配置されたパッドに直接接合されることができ、またはサブマウントと呼ばれる中間構造を介して取付けられることができる。いずれかの構成において、レーザダイオード１０２のパッドをスライダまたはサブマウントの対応パッドに接合するときに、レーザダイオード１０２の出力面は、スライダの導波路結合器と整列される。

別の構成において、レーザ光源は、スライダの外部表面上に形成されるまたは組立てられる。本明細書において、この構成をレーザオンスライダ（ＬｏＳ）と呼ぶ。レーザオンスライダ組立体は、ウエハレベルまたはスライダレベルの製造段階中に構築されることができる。図１Ｂを参照して、図１Ｂは、例示実施形態に係るレーザオンスライダ装置１２０の一例を示す斜視図である。スライダ１２０は、スライダ本体１２１の上面に配置され、スライダ本体１２１の後端面１２４に近接するレーザダイオード１２２を含む。レーザダイオード１２２は、電磁エネルギーを提供して、ＨＡＭＲ読取り／書込みヘッド１２６に近接する媒体表面の一点を加熱する。読取り／書込みヘッド１２６は、媒体対向面１２８に配置されている。媒体対向面１２８は、装置動作中に移動している媒体表面（図示せず）に近接して保持されている。

導波路１３０のような光学結合素子は、レーザ１０２からの光を媒体に送達するために、スライダ本体１２１に集積されるように形成される。たとえば、導波路１３０および近接場変換器（ＮＦＴ）１３２は、書込み動作中に媒体の局所加熱を提供するために、読取り／書込みヘッド１２６に隣接して配置されてもよい。この例において、レーザダイオード１２２は、ミラーまたは同様の装置によって光を導波路１３０に反射する端面発光装置であってもよい。

図１Ｃは、例示実施形態に係るレーザオンスライダ装置１４０の他の一例を示す斜視図である。スライダ組立体１４０は、媒体対向面１４８と上面１４９とを有するスライダ本体１４１を含む。媒体対向面１４８は、装置動作中に移動している媒体表面（図示せず）に近接して保持されている。読取り／書込みヘッド領域１４６は、スライダ本体１４１の媒体対向面１４８に配置され、後端面１４４に近接する。読取り／書込みヘッド領域１４６は、対応する１つ以上の読取り変換器および書込み変換器、ならびに小さなエネルギービームを媒体表面に導光する光学素子（たとえば、近接場変換器）を含む。エネルギーは、サブマウント１５４に接続されたレーザ（たとえば、レーザダイオード）１４２によって提供される。レーザダイオード１４２およびダサブマウント１５４の両方は、スライダ本体１４１の上面１４９に接続されている。

レーザダイオード１４２は、光をスライダ本体１４１の光学インターフェース（たとえば、導波路の入力結合器（図示せず））に導光する。光学インターフェースにおいて、レーザダイオード１４２は、光を読取り／書込みヘッド領域１４６に導光する導波路１５０に結合される。この例において、レーザダイオード１４２は、端面発光レーザダイオードであり、当技術分野で公知の端面、回折格子、レンズまたは他の結合構造を介して導波路１５０に結合されることができる。一般的に、スライダ本体１４１は、導波路１５０および読取り／書込みヘッド領域１４６と一体に形成された集積光学装置である。

レーザダイオード１４２およびサブマウント１５４は、集積光学系または集積回路の製造プロセスを用いて形成されることもできる。しかしながら、この例において、レーザダイオード１４２およびサブマウント１５４は、たとえば同様の層堆積プロセスを用いて、スライダ本体１４１と一体に形成されていない。レーザ１４２およびサブマウント１５４は、別々に形成され、その後、スライダ本体１４１に一体に取付けられ、スライダ組立体１４０を形成する。サブマウント１５４は、レーザダイオード１４２とスライダ本体１４１との間の機械的接続および電気的接続を形成する。スライダ本体１４１、レーザダイオード１４２およびサブマウント１５４は、ＨＡＭＲスライダ１４０とトレースジンバル組立体（図示せず）との間の電気接続を形成する電気接合部パッド１５６〜１５８を有する。

端面発光レーザダイオード１０２の整列特徴のより詳細な図面は、図２Ａおよび２Ｂに示されている。具体的には、図２Ａおよび図２Ｂは各々、図１に示されたレーザダイオード１０２の電気的インターフェース特徴および光学的インターフェース特徴を示す底面図および斜視図である。前述のように、レーザ１０２は、ＨＡＭＲ媒体に光を送達するために、光を導波路（たとえば、図１の導波路１１０）に照射する出射端１１７に配置された出力面１１６を含む。レーザ１０２の接合面２０２は、スライダ装置１００に設けられた半田バンプ（たとえば、図１のバンプ１１４）とインターフェースを形成するように構成された複数の半田パッド２０４を含む。導電性表面（たとえば、ストライプ）２０６の両側は、細長いチャネル２０８により囲まれている。導電性表面２０６は、接合／再灌流段階の間に、レーザ１０２のアノード側（またはカソード側）をスライダ組立体に電気的に結合することを容易にすることができる。導電性表面２０６は、スライダ組立体に接合されたときに、ヒートシンクとして作用することができる。

また、図２Ａおよび図２Ｂには、検査パッド２１０および２１２が示されている。これらの検査パッド２１０および２１２は、半田パッド２０４およびストライプ２０６に並んで、下方表面２０２上に配置されており、レーザダイオード１０２内のアノード層およびカソード層にそれぞれ接続されることができる。一般的に、検査パッド２１０および２１２は、半田パッド２０４および／またはストライプ２０６を損傷する危険性なく、レーザ１０２の自動化検査を容易にする。

レーザダイオード１０２のような半導体レーザを検査するためには、検査回路からレーザのアノード端子およびカソード端子への電気的な接続が必要とする。代表的な半導体レーザの設計において、レーザの接合部側は金属化され、一方の端子（たとえば、アノード端子）を形成し、レーザの基板側は金属化され、他方の端子（たとえば、カソード端子）を形成する。これらの接合部は、インストール時にスライダとの電気接続を形成するように構成される。図示の例において、カソード接合部は、半田パッド２０４として構成され、アノード接合部は、中央ストライプ２０６として構成される。

このような構成を検査するため、検査プローブは、レーザ１０２を検査回路に電気的に接続するために、接合部２０４および２０６と接触されることができる。しかしながら、いくつかの半導体レーザの設計に対して、検査のために接続特徴２０４および２０６を使用することは、望ましくない場合がある。たとえば、図２Ａ、２Ｂおよび３に示された接合部２０４および２０６は、再灌流操作の間に、たとえばレーザ１０２をスライダに接合する再灌流された半田によって加えられた表面張力に応じて、スライダに対してレーザ１０２を物理的に整列させるように、（スライダの関連するインターフェース特徴とともに）設計されることができる。したがって、半田パッド２０４およびストライプ２０６は、レーザ１０２の電気的接続および物理的接続の両方を行うことができ、接続時に、適切な整列は、レーザ１０２に対する検査および／または取扱いによって、損傷（たとえば、窪み、かすり傷）されていない半田パッド２０４およびストライプ２０６にさらに依存する。

図示された半導体レーザ設計およびその同等物において、スライダ結合接続部（たとえば、半田パッド２０４およびストライプ２０６）への接触は、レーザ１０２を損傷しおよび／またはレーザをスライダに組立てるときに整列不良の問題を引起すことがある。検査のために接合部２０４および２０６を使用する代わりに、検査プローブを用いて検査パッド２１０および２１２に電気的に接触することによって、レーザ１０２を検査することができる。この方法は、検査プローブがレーザストライプ２０６および半田パッドと直接に物理的に接触する必要がなく、電気的検査をすることができる。よって、検査パッド２１０および２１２は、検査中にプローブ位置のみとして使用され、たとえば半田を介して、スライダ組立体１００に物理的に接続される必要がない。

図示のように、検査パッド２１０および２１２は、結合接続部２０４および２０６とともに、半導体レーザの接合面２０２上に設けられる。このように、検査パッドを結合接続部２０４および２０６とともに接合面２０２上に設けることは、レーザ１０２の製造を容易にすることができる。このように検査パッド２１０および２１２を表面２０２上に設けると、レーザをスライダに組立した後、すなわち、レーザを配置した後、下方表面２０２は、対応の取付面１１３に面するため、検査パッド２１０および２１２をアクセスできなくなる。しかしながら、レーザ１０２をスライダ１００に接合する半田の再灌流が成功した場合、他の接触点がスライダ組立体１００上に形成され、レーザ１０２の検査を容易にすることができ、検査パッド２１０および２１２をさらに利用する必要がない。

図３Ａを参照して、図２Ａに示した断面３Ａ−３Ａに対応する半導体レーザ１０２の断面図は、例示実施形態に係る追加の詳細を示している。図面から見られるように、接合層３０２は、基板３０４の上面に積層されている。接合層３０２は、レーザ１０２の量子井戸を形成する。上面カソード金属層３０６および底面カソード金属層３０８は、基板３０４と電気的に接触している。上面カソード層３０６は、半田パッド２０４を形成するために使用されることができ、導電性基板３０４および／または任意のビア３０７を介して、底面カソード金属層３０８に電気的に接続されることができる。カソード金属層３０６は、隔離層３１０を介して、接合層３０２から隔離されている。隔離層３１４がカソード層３０６を覆っており、ビア（たとえば、ビア３１５）を含むことができる。半田パッド（たとえば、図２Ａ〜２Ｂに示された半田パッド２０４）は、これらのビアを通って形成される。左側において、ビア３１７は、検査パッド２１２をカソード層に接続する。

図３Ａの右側に示された隔離層３１４は、接続ストリップ３１３によって覆われている。接続ストリップ３１３は、アノード金属層３１２を前述した検査パッド２１０のうち１つに接続する。アノード層３１２は、レーザ１０２の中心に沿って延在しており、半導体層／量子井戸３０２と電気的に接触している。アノード層３１２は、図２Ａ〜２Ｂに示されたストライプ２０６の一部であってもよい。図３Ａの左側に、たとえば隔離層３１４を介して層３０６を露出することによって対応の検査パッド（図示せず）を形成してもよく、および／またはたとえばビアを用いて３０６層に接続された隔離層３１４上に追加層を形成してもよい。

一番上のアノード層３１２およびカソード層３０６の両方は、一般的に、図３Ａの上面の近傍に配置されている。この上面は、図２Ａおよび図２Ｂに示された表面２０２に概ね対応している。これらの層３０６および３１２が上面に近接しているため、検査パッド２１０および２１２をその表面２０２上にまたはその表面２０２の近傍に形成することができる。たとえば、層３１４を通る（たとえばビア３１５と同様の）ビアなどを使用して、検査パッドを図の左側の３０６層に接続することができる。このような検査パッドは、半田パッドまたはストライプ２０６のような他の接合／整列特徴と同一平面にまたは他の接合／整列特徴よりも凹設されるように形成されることができる。この相対的な高さで検査パッドを配置すると、検査パッドがその後のレーザ整列を干渉しないことを保証することができる。

たとえば図２Ｂを再び参照して、ストライプ２０６は、表面２０２の平面を基準にして半田パッド２０４よりも高く突出してもよい。このような高度差は、組立時に、スライダ１００上に対応の特徴を形成することによっておよび／またはスライダ１００上に適切な大きさの半田バンプ／特徴を形成することによって補償されることができる。このような場合では、検査パッド２１０および２１２を半田パッド２０４と実質的に同一平面上に配置することができる。逆の構成（たとえば、半田パッド２０４は、表面平面に対して、ストライプ２０６よりも高く突出している）において、検査パッド２１０および２１２をストライプ２０６と実質的に同一平面上に配置することができる。したがって、半田パッド２０４およびストライプ２０６と同一平面にあり、検査パッド２１０および２１２は、半田パッド２０４およびストライプ２０６と同一平面にあってもよく、表面２０２の平面を基準にして半田パッド２０４またはストライプ２０６よりも低くてもよい。

理解すべきことは、上記に「表面」として説明された表面２０２は、必ずしも平坦面ではなくてもよいことである。表面２０２は、いくつか（または大部分の）特徴を配置するための共通平面を有してもよいが、いくつかの特徴が他の特徴と同一の平面に存在しなくても表面２０２の一部としてみなされる。一般的に、表面２０２は少なくとも、レーザ１０２をスライダ１００または他の電気的／光学組立体に結合するための三次元機械的インターフェースを表すように意図されている。たとえば、エッチング、化学機械研磨／平坦化などのプロセスを用いて、表面２０２のいくつかの特徴の高さを他の特徴に対して変更することができる。したがって、表面２０２上に配置された要素に関する説明には、これらの要素を表面２０２上に配置された他の要素と同一の平面にする必要がない。

図３Ｂは、レーザダイオード１０２Ａの検査パッド層の代替的な構成を示す断面図である。この例において、検査パッド２１０および２１２は、表面２０２の他の特徴に対して凹設されてもよい。図３Ｂの断面は、検査パッド２１０および２１２が位置する箇所から切取られたものである。図３Ｂ示された箇所以外の箇所において、この構成におけるアノード層３１２およびカソード層３０６は、（これらの箇所において接続ストライプ３１３および検査パッド２１０を有しない以外に）、図３Ａに示すものと実質的に同様であってもよい。この位置で、左側から隔離層３１４を切取る／短縮することによって、カソード層３０６の一部を露出することができ、よって検査パッド２１２を形成してもよい。右側（チャネルの底部）において、カソード層３０６および隔離層３１４の両方は、切取られる／短縮される。接続ストリップ３１３および検査パッド２１０はそれぞれ、隔離層３１４および隔離層３１０の上面に積層される。このように、検査パッド２１０および２１２は、表面２０２を基準にして、図２に示されたストライプ２０６およびパッド２０４の各々の表面レベルに対応するカソード層３０６または隔離層３１４よりも低くすることができる。

図３Ｂに示されたように、カソード層３０６は、トレンチ領域３０６Ａにおいて、（たとえば、図３Ａのビア３０７に類似する）ビアを使用せず、基板３０４に直接接続している。上面カソード層３０６および上面アノード層３１２は、接合面２０２からアノード電気接続およびカソード電気接続の両方を形成することを可能にする。この場合、図３Ａに示された層３０８のような底部カソード層を設ける必要がない。場合によって、同一のレーザダイオードが図１Ａに示されたレーザインスライダの構成および図１Ｂまたは１Ｃに示されたレーザオンスライダの構成の両方に使用されることが望まれるときに、上面カソード層３０６および底面カソード層３０８のうち一方または両方が設けられ、基板３０４を装置のカソード電気接続に接続するために使用されることができる。

図４を参照して、フローチャートは、本発明の実施形態に係る集積光学スライダを組立てるための手順（４０２）を示している。手順（４０２）は、レーザダイオードの接合面を形成する工程（４０４）を含む。この接合面は、ａ）カソード電気接合部およびアノード電気接合部と、ｂ）カソード電気接合部およびアノード電気接合部の一方に電気的に接続された少なくとも１つの検査パッドとを含む。レーザダイオードは、少なくとも１つの検査パッドに適用された検査プローブを介して、検査される（４０６）。検査（４０６）中に、検査プローブは、カソード電気接合部およびアノード電気接合部に接触しない。

検査（４０６）は、当技術分野で公知の任意の電気的検査または光学的検査を含むことができる。たとえば、レーザダイオードの検査は、駆動電流によるレーザ光の出力パワー、出力ビームの発散、レーザ光スペクトル、所定の駆動電流を得るためにレーザダイオードの両端間に印加された電圧、および組立前に初期故障をスクリーニングするための経時特性のうち１つ以上に対する検査を含んでもよい。このような検査は、組立体（たとえば、ウエハまたはバー）に対してバッチで行われてもよく、および／または個別のレーザダイオードに対して行われてもよい。検査が合格しなかったと判断された（４０７）場合、レーザを廃棄してもよい（たとえば、組立にバッチ検査に合格しなかった部分がさらに使用されないようにマークされる）（４０９）。

検査が合格した場合に、方法は、レーザダイオードを集積光学スライダに接着するように、集積光学スライダのカソードおよびアノード電気接合部と対応する接合部との間に半田を再灌流する工程（４０８）をさらに含む。この工程は、レーザダイオードをキャビティ内に配置した後に行うことができ、たとえばレーザをスライダのキャビティ内に設置することによって、レーザとスライダとの間の整列を容易にする。このような配置によって、（スライダの下方表面に配置され得る）検査パッドを接合面と集積光学スライダの対応表面との間に配置することができる。再灌流（４０８）の間に、半田は、検査パッドを集積光学スライダに接着しない。よって、検査パッドがたとえば検査によって損傷を受けた場合、損傷を受けた検査パッドは、レーザダイオードと集積光学スライダとの整列に影響を与えない。

再び図３Ｂを参照して、レーザダイオード１０２Ａは、基板３０４を接合面２０２に接着する上面カソード層３０６のトレンチ領域３０６Ａを含む。トレンチ領域３０６Ａによって、ダイオードの外側に設けられ、基板３０４から接合面２０２に延在するワイヤ接続（たとえば、金ワイヤ）を使用する必要がない。ワイヤ接続は、製造コストを増加することができる。レーザパッケージにワイヤ接続を使用する場合、接合面２０２上にまたは接合面２０２から外側に延在し、ワイヤとの接続をするための追加のパッドが必要とする。レーザダイオード１０２Ａの所望サイズが小さいため、接合面に追加のパッドを設けるまたレーザから延在するように追加のパッドを設ける十分なスペースが存在していない。さらに、ワイヤ接続の場合、接続に使用されたワイヤのインダクタンスが高いため、レーザの性能に影響を与える可能性がある。

上述した上面カソード層３０６は、ワイヤ接続を介してレーザダイオード１０２をスライダまたは他の構成要素に電気的に接続する必要性を無くすことができる。上面カソード層３０６によって、より低いインダクタンスのトレースを接合面２０２に製造することができ、接合面２０２をより小さくすることができる。また、アノード接続部とカソード接続部とがレーザ１０２の同一面２０２に位置しているため、上面カソード層３０６によって、比較的安価なフリップチップ接続を介して、レーザ１０２をスライダ（または他の素子）に容易に取付けることができる。また、たとえばレーザオンスライダ構成またはヒートシンク用の代替的な接続点を提供するために、必要に応じて、底面カソード層（たとえば、図３Ａの底面カソード層３０８）を含んでもよい。

図５および６を参照して、図５および６は、さまざまな例示実施形態に係るカソードトレンチ領域の構成を示す断面図である。図５および図６に示された構成は、図３Ｂの断面線５−５により示されたカソード層のトレンチ領域近傍の横断面に概ね対応している。図５および６において、矢印５０２および６０２は、レーザ出力の方向、すなわち、レーザから光を出射する方向を示す。図５において、レーザダイオード５００は、光出射端５０６から対向端５０８に実質的に延在する細長いトレンチ領域５０４を含む。この例において、「実質的に」とは、光出射端５０６と対向端５０８との間の距離の半分から全長までの間の任意箇所から延在する連続ビア部を含んでもよいことを意味する。トレンチ領域５０４は、レーザストライプ領域５１０（図２に示されたレーザ１０２のレーザストライプ領域２０６に相当）を囲むチャネル（たとえば、図２のチャネル２０８）の底面に配置されている。

レーザダイオード６００の代替的なビア構造は、図６に示されている。このレーザダイオード６００は、光出射端６０６と対向端６０８との間において、長手方向に沿って配列された複数の幅広いトレンチ領域６０４を含む。トレンチ領域６０４は、レーザストライプ領域６１０の両側に配置されている。トレンチ領域６０４は、実質的に同様のサイズおよび形状を有する。しかしながら、各トレンチ領域６０４のサイズまたは形状は、変化してもよい。

図７を参照して、半導体レーザ７０２の断面図は、追加の例示実施形態に係る代替的なトレンチ領域の構成を示している。この図において、レーザダイオード７０２は、トレンチ領域７１１ａおよび７１１ｂにおける表面積を大きくする代替的な構成を有する２つのチャネル７２６ａおよび７２６ｂを含む。カソード電気接合部７０４ａおよび７０４ｂとアノード電気接合部７０６とは、レーザダイオード７０２の接合面７０８上に配置される。カソード電気接合部７０４ａおよび７０４ｂは、上面カソード金属層７１０ａおよび７１０ｂに接続された複数の導電性パッド（たとえば、円形または細長い半田バンプ）として構成されてもよい。トレンチ領域７１１ａおよび７１１ｂは、上面カソード金属層７１０ａおよび７１０ｂを基板７１６に電気的に接続する。

接合層７１８は、基板７１６の上面に積層されている。接合層７１８は、レーザダイオード７０２の量子井戸を形成する。アノード電気接合部７０６は、アノード金属層７２０を介して接合層７１８の上面に接続される。便宜上、これらの層および他の層（たとえば、カソード金属層）を「金属」層として記載しているが、当業者なら理解できるように、各層が説明した電気接続を提供することができる限り、非金属材料を用いて、層のすべてまたは一部分を形成してもよい。

上記（たとえば、図２Ｂ）に示したように、アノード電気接合部７０６は、レーザダイオード７０２の長さに沿って（たとえば、レーザ出力方向に沿って）延在する細長いストリップとして形成されてもよい。他の構成において、アノード電気接合部７０６は、カソード電気接合部７０４と同様な２つ以上のパッドを含むことができる。これらのパッドは、レーザダイオード７０２の長さに沿ってアノード金属層７２０に接続されることができる。アノード電気接合部７０６は、レーザストライプを概ね画定するアノード領域７３０に沿って配置される。カソード領域７３２ａおよび７３２ｂは各々、アノード金属層７１０ａおよび７１０ｂの下方にある。一般的には、領域７３０、７３２ａおよび７３２ｂは、接合層７１８を通るチャンネル７２６ａおよび７２６ｂが配置された箇所で、互いに区切られる。

カソード金属層７１０ａおよび７１０ｂは、１つ以上の隔離層７２２によって接合層７１８から隔離される。隔離層７２４は、カソードパッド７０４ａおよび７１０ｂが突出してカソード金属層７１０ａおよび７１０ｂに接触している箇所を除いて、カソード金属層７１０ａおよび７１０ｂを覆っている。隔離層７２４は、アノード電気接合部７０６まで延在し、アノード金属層７２０の一部を電気的に隔離することができる。カソード金属層７１０は、接合層７１８を通って基板７１６まで延在するチャネル７２６ａ、７２６ｂの底面で、トレンチ領域７１１ａ、７１１ｂに接続される。チャンネルは７２６ａ、７２６ｂは、（たとえば、図２Ｂのチャネル２０８と同様に）レーザ出力方向に沿って、アノード電気接合部７０６の両側に配置されている。

チャンネル７２６ａ、７２６ｂは、レーザダイオード７０２の性能を向上させるために、トレンチ領域７１１ａ、７１１ｂを大きくする例示的な幾何学的特徴を含む。チャネル７２６ａは、チャネルの上面において、前記した例（たとえば、図３Ｂを参照）と実質的に同様の幅を有する一方、より急峻な側壁角度を有する。急峻な角度によって、チャネル７２６ａの側壁を金属化することがより難しくなることがある。しかしながら、急峻な角度は、接合面７０８の上面において２列のカソードパッド７０４ａのために十分なスパースを残すとともに、トレンチ部７１１Ａを大きくすることができる。

チャネル７２６ｂは、前記した例（たとえば、図３Ｂを参照）と同様の側壁角度を有する一方、より広いチャネル幅を有する。これによって、カソード層７１０ｂを容易に製造することができるが、カソードパッド７０４ｂのためにより少ないスペースしか残せない。この例において、パッド７０７ａが十分に低い抵抗および所望の熱伝達特性などを有するように補償および保証するために、パッド７０４ａに比べて、カソードパッドを大きくする。特定のレーザダイオードは、アノード領域７３０の周囲に対称的または非対称的に配置されたチャネル構造７２６ａおよび７２６ｂの両方を含んでもよいことが理解されるであろう。他の構成において、レーザダイオードは、単一のチャネル７２６ａまたは７２６ｂを含んでもよい。この単一のチャネル７２６ａまたは７２６ｂは、アノード領域７３０と並んで配置された単一のカソード領域７３２ａまたは７３２ｂを形成する。

また、レーザダイオード７０２は、接合面７０８と反対側の基板７１６の表面上に配置された底面カソード層（図示せず）を含むことができる。例として、図３Ａの底面カソード層３０８を参照する。この底面カソード層は、基板７１６への代替的な電気接続を形成する。これによって、図１Ａに示されたレーザインスライダおよび図１Ｂおよび１Ｃに示されたレーザオンスライダのような代替的な取付構成を容易にすることができる。

図８を参照して、図中のフローチャートは、たとえば図３Ｂおよび／または図８に示された例示実施形態に係るレーザダイオードを形成するために使用された方法を示している。この方法は、レーザ基板を形成する工程（８００）を含む。基板上に接合層を堆積する（８０２）。接合層は、たとえばレーザ出力方向に沿ってレーザダイオードの中心の下方に、レーザダイオードの量子井戸を形成する。１つ以上のチャネルは、レーザ出力方向に沿って接合層に形成される（８０６）。１つ以上のチャネルの底部は、接合層を通って基板に延在する。

方法は、接合層上に隔離層を堆積する工程（８０６）、１つ以上のチャネルの底部に位置する１つ以上のトレンチ領域における隔離層の一部を除去する工程（８０８）をさらに含む。カソード金属層は、隔離層上に形成される（８１０）。カソード金属層は、量子井戸から離れるように、１つ以上のトレンチ領域（トレンチ領域において、カソード金属層が基板に接続される）からカソード領域に向って延在する。アノード金属層は、隔離層上に形成され（８１２）、２つ以上のチャネルが使用される場合に、２つのチャネルの間に位置する接合層のアノード部分に電気的に接続されている。隔離層は、カソード金属層上に形成されている（８１４）。隔離層は、カソード金属層を部分的に露出させる領域を含む。露出されたカソード金属層の部分に接続される１つ以上のカソード電気接合部を形成する（８１６）。アノード金属層に接続される１つ以上のアノード電気接合部を形成する（８１８）。

図８に示された方法は、例示の目的のためであり、多くの変形が上記の教示に照らして可能であることが理解されるであろう。たとえば、図示された順番と異なる順番で操作を行ってもよい。さらに、レーザダイオードの最終的な構成に応じて、いくつかの操作を省略してもよい。たとえば、隔離層は、省略されてもよく、異なる構成を有してもよい。別の変形例において、より多いチャネルおよび／またはビアまたはより少ないチャネルおよび／またはビアを使用することができる。

例示実施形態の上記説明は、例示および説明のために提供される。本発明を網羅的であることにまたは開示された形態に厳密に限定することを意図していない。多くの修正および変更は、上記の教示に照らして可能である。開示された実施形態のいずれかまたはすべての特徴は、個別にまたは任意の組合わせで適用することができ、限定を意味するものではなく、純粋な例示である。本開示の範囲は、詳細な説明に限定されず、添付の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (20)

1. レーザダイオードであって、
   基板と、
   前記基板上に配置された接合層とを備え、前記接合層は、前記レーザダイオードの量子井戸を形成し、
   前記接合層を通って前記基板に延在する少なくとも１つのチャネルを含む接合面を備え、前記少なくとも１つのチャネルは、アノード領域およびカソード領域を画定し、
   前記カソード領域に位置する前記接合面上に配置されたカソード電気接合部と、
   前記接合面に配置され、前記アノード領域に位置する前記接合層に接続されたアノード電気接合部と、
   前記少なくとも１つのチャネルの少なくともトレンチ領域に配置されたカソード金属層とを備え、前記トレンチ領域は、前記レーザダイオードのレーザ出力方向に沿って細長く延在し、前記カソード金属層は、前記基板を前記カソード電気接合部に接続する、レーザダイオード。
2. 前記トレンチ領域は、実質的には前記レーザダイオードの出射端から反対側の端部に延在している、請求項１に記載のレーザダイオード。
3. 前記トレンチ領域は、前記基板の第１半部および第２半部の各々の上方に配置された第１トレンチおよび第２トレンチ領域を含み、
   前記トレンチ領域は各々、前記第１半部および第２半部の半分を超える表面面積を占める、請求項１に記載のレーザダイオード。
4. 前記少なくとも１つのチャネルは、前記レーザダイオードのレーザ出力方向に沿って細長く延在する、請求項１に記載のレーザダイオード。
5. 前記少なくとも１つのチャネルは、２つのチャネルを含み、
   前記アノード領域は、前記２つのチャネルの間に配置されている、請求項１に記載のレーザダイオード。
6. 前記カソード領域は、前記アノード領域の両側に位置する２つのカソード領域を含む、請求項５に記載のレーザダイオード。
7. 前記カソード電気接合部は、前記２つのカソード領域上に位置する第１複数の半田バンプおよび第２複数の半田バンプを含む、請求項６に記載のレーザダイオード。
8. 前記カソード電気接合部は、複数の半田バンプを含む、請求項１に記載のレーザダイオード。
9. 前記レーザダイオードは、前記接合面と反対側にある前記基板の表面上に配置された底面カソード層をさらに含み、
   前記底面カソード層は、前記基板への代替的電気接続を形成する、請求項１に記載のレーザダイオード。
10. 前記レーザダイオードは、前記接合層と前記カソード金属層との間に配置された隔離層をさらに含み、
    前記隔離層は、前記カソード金属層を前記接合層から隔離する、請求項１に記載のレーザダイオード。
11. 前記カソード電気接合部および前記アノード電気接合部は、磁気ハードドライブのスライダの取付け面に電気的に接続されるように構成されている、請求項１に記載のレーザダイオード。
12. レーザダイオードであって、
    接合面を備え、
    前記接合面は、
    前記レーザダイオードのレーザ出力方向に沿って延在する２つの細長いチャネルと、
    前記２つの細長いチャンネルの間に位置するアノード領域に配置されたアノード電気接合部と、
    前記アノード領域の外側の１つ以上のカソード領域に配置された２つ以上のカソード電気接合部とを含み、
    前記レーザダイオードは、
    前記接合面の下方に配置された接合層を備え、前記接合層は、前記アノード領域において量子井戸を形成し、
    前記接合層の下方に位置する基板を備え、前記細長いチャネルは、前記接合層を通って、前記レーザダイオードのレーザ出力方向に細長く延在するトレンチ領域に位置する前記基板まで延在し、
    前記トレンチ領域内に延在するカソード金属層を備え、前記カソード金属層は、前記基板を２つ以上のカソード電気接合部に接続する、レーザダイオード。
13. 前記トレンチ領域は、実質的には前記レーザダイオードの出射端から反対側の端部に延在している、請求項１２に記載のレーザダイオード。
14. 前記トレンチ領域は、前記基板の第１半部および第２半部の各々の上方に配置された第１トレンチおよび第２トレンチ領域を含み、
    前記トレンチ領域は各々、前記第１半部および第２半部の半分を超える表面面積を占める、請求項１２に記載のレーザダイオード。
15. 前記カソード電気接合部は、複数の半田バンプを含む、請求項１２に記載のレーザダイオード。
16. 前記レーザダイオードは、前記接合層と前記カソード金属層との間に配置された隔離層をさらに含み、
    前記隔離層は、前記カソード金属層を前記接合層から隔離する、請求項１２に記載のレーザダイオード。
17. 前記カソード電気接合部および前記アノード電気接合部は、磁気ハードドライブのスライダの取付け面に電気的に接続されるように構成されている、請求項１２に記載のレーザダイオード。
18. 方法であって、
    レーザ基板を形成する工程と
    前記レーザ基板上に接合層を堆積する工程とを備え、前記接合層は、レーザダイオードの量子井戸を形成し、
    レーザ出力方向に沿って前記接合層を通る１つ以上のチャネルを形成する工程を備え、前記１つ以上のチャネルの底部は、前記レーザ基板まで延在し、
    前記接合層上に隔離層を堆積する工程と、
    前記１つ以上のチャネルの前記底部に位置する１つ以上のトレンチ領域に位置する前記隔離層の一部を除去する工程とを備え、前記１つ以上のトレンチ領域は、前記レーザ出力方向に沿って細長く延在し、
    前記隔離層上にカソード金属層を形成する工程を備え、前記カソード金属層は、前記１つ以上のトレンチ領域に位置する前記レーザ基板に接続され、
    前記カソード金属層に接続された１つ以上のカソード電気接合部を形成する工程を備え、前記１つ以上のカソード電気接合部は、前記レーザダイオードの接合面から露出される、方法。
19. 前記方法は、前記カソード金属層上に隔離層を形成する工程を備え、
    前記隔離層は、前記カソード金属層を部分的に露出する領域を含み、
    前記カソード電気接合部は、前記領域上に形成される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記方法は、
    前記接合層を露出するように、アノード領域に位置する前記隔離層の第２部分を除去する工程と、
    前記アノード領域に位置する前記接合層上にアノード金属層を形成する工程と、
    前記アノード金属層に接続された１つ以上のアノード電気接合部を形成する工程とをさらに備える、請求項１８に記載の方法。

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