JP4507489B2 - 面発光型半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

面発光型半導体レーザ及びその製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機器、計測装置、光記録装置、画像形成装置の光源等に用いられる面発光型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信や光記録等の技術分野において、光源の二次元アレイ化が容易な表面発光型半導体レーザ（垂直共振器型表面発光レーザ；Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode）への需要が増加している。このＶＣＳＥＬ（または、面発光レーザ）は、しきい値電流が低く消費電力が小さい、円形の光スポットが容易に得られる、ウエハ状態で評価が可能であるため生産性に優れる等、の多くの利点を有している。
【０００３】
従来のＶＣＳＥＬチップの平面構造及び断面構造を図７に示す。図７（ａ）はＶＣＳＥＬチップ１００の平面図、図７（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。この面発光レーザチップ１００は例えばＧａＡｓ基板１０５の裏面にｎ側電極１０６を備えている。ＧａＡｓ基板１０５の表面上には、積層された複数の半導体層をエッチングして形成した柱状のポスト１０１が配される。図７では詳細を省略しているが、基板１０５上にポスト１０１を形成した後に、ポスト１０１とこの周部である露出された半導体層（例えば、ＡｌＧａＡｓ層）を覆うように層間絶縁膜１０４が形成される。
【０００４】
ポスト１０１は、ポスト構造、メサ構造、ピラー構造等と呼ばれることがある。層間絶縁膜１０４上には、電極パッド１０２及び引出し電極１０３が形成され、引き出し配線１０３がポスト１０１内にｐ側電極に電気的に接続される。
【０００５】
図７に示す面発光レーザは、構造が比較的単純であるため、製造工程を簡略化することができコスト面で有利であが、この様な構造のチップを気密封止なしの状態で、高温高湿度下に置くと、水分の吸湿によりレーザ寿命が低下したり、安定した動作に不具合が生じる等の問題がある。
【０００６】
吸湿性のあるＡｌを含む半導体層を用いた発光素子に関しては、従来から防湿あるいは耐湿について複数の提案がある。これらの提案の主なものは耐湿層を設けることで水分の浸入を防ぐものである。例えば、特許文献１ではＩｎＧａＰ耐湿層を用いることにより、また特許文献２ではＰ−ＧａＡｓ表面保護層等を用いることにより吸湿を抑制する技術を開示している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１１０５４号公報
【特許文献２】
特開平１１−８７７６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示すような従来の面発光型半導体レーザには次のような課題がある。第１に、層間絶縁膜１０４の下地に用いたＡｌＧａＡｓ半導体層内のＡｌの吸湿性により、層間絶縁膜１０４が下地から剥離し、ポスト１０１が基板１０５から脱落するおそれがある。特に、図７の参照符号１０７で示す切断位置で基板１０５がダイシングされたときに、ＡｌＧａＡｓ層と層間絶縁膜１０４との境界部１０９に、熱膨張係数等による応力により隙間が発生する場合がある。このような場合には、境界部１０９から水が浸入すると層間絶縁膜１０４の剥離が促進されてしまう。これにより、層間絶縁膜１０４上に形成されている電極パッド１０２および引き出し配線１０３が破損し、通電時の故障要因の一つとなってしまう。
【０００９】
第２に、評価試験前後にレーザの発光が停止してしまう場合がある。図７に示した構造の面発光型半導体レーザは、ポスト１０１の周辺部からチップ上面全域を覆うように層間絶縁膜が広く形成される。そのために、層間絶縁膜内に過度の内部応力が生じるのが原因の１つであると推定される。
【００１０】
一方、特許文献１はレーザ発振させないＬＥＤに耐湿層を設けた構造に関するものであり、また特許文献２は埋め込み型のＬＥＤ素子の構造に関するものであり。これらの技術は、図７で示すようなポスト構造の半導体レーザに適用し得るものではない。上述した層間絶縁膜の剥離や、その内部応力の発生という問題は、ポスト構造あるいはメサ型の面発型光半導体レーザに特有の課題であり、この課題については未だ十分な検討がなされていない。
【００１１】
そこで、本発明は上記従来の課題を解決し、ポストあるいはメサを覆う絶縁膜との剥離を抑制し、信頼性を向上させた面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、絶縁膜内に発生する応力を低減し、その寿命および信頼性を向上させた面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、半導体層と絶縁膜との密着力を向上させて絶縁膜剥離を抑制し、信頼性および寿命を向上させた面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る面発光型半導体レーザは以下の構成を有する。基板と、前記基板上に積層された複数の半導体層と、前記複数の半導体層上に形成され、レーザ光の出射口を備えたメサと、少なくとも前記メサの側部および前記メサの周部である複数の半導体層上を被覆する絶縁膜とを有し、前記メサの周部を覆う絶縁膜の端部が、前記基板の切断面より内側において終端されている。この構成によれば、絶縁膜の端部が基板の切断面より内側において終端されていため、基板の切断面に絶縁膜と半導体層との境界面が存在せず、その境界面から水分等が浸入して絶縁膜が剥離するという事態が抑制される。絶縁膜の端部を基板の切断面より内側にするという簡単な工夫により、絶縁膜が剥離し難い構造を実現できる。
【００１３】
好ましくは、請求項２に記載のように、前記切断面は前記面発光半導体レーザを形成するときのダイシング面である。また、絶縁膜の端部は、ダイシング面よりも内側にオフセットされるものでもよい。請求項２および３の構成では、絶縁膜の端部がダイシングによる影響を受けない位置まで退避されているので、ダイシング時の物理的なストレスによって絶縁膜が剥離する事態を防止することができる。
【００１４】
好ましくは、前記メサの周部を覆う絶縁膜の端部は、前記メサの外径に対応する形状とすることができる。この構成では、メサの周部近傍に絶縁膜の端部が存在する構造となり、その絶縁膜の面積は小さくなる。これにより、絶縁膜の端部からの水分等の進入面積が小さくされる。
【００１５】
請求項５に記載のように、前記メサは前記出射口を規定しかつ電流を注入するための電極を含み、前記電極に電気的に接続されかつ前記電極から延在された電極パッドが前記メサの周部に存する前記絶縁膜上に配され、前記絶縁膜の端部は前記電極パッドの外径に対応する形状を有してもよい。
【００１６】
さらに本発明に係る面発光型半導体レーザは以下の構成を有する。基板と、前記基板上に積層された複数の半導体層と、前記複数の半導体層上に形成され、レーザ光の出射口を備えたメサと、少なくとも前記メサの側部および前記メサの周部である複数の半導体層上を被覆する絶縁膜とを有し、前記メサの周部を覆うように形成した絶縁膜に切込み部を設けるものである。この構成によれば、メサの周部含んで半導体層上を覆うように形成した絶縁膜の面積が大きな場合でも、切込み部を設けて絶縁膜を複数に分割することで、各絶縁膜内に発生する応力を分散し低減することができる。なお、複数の分割とは、絶縁膜内の応力が隣接して存在する他の絶縁膜にまで伝播し影響を与えない状態である。切込み部により絶縁膜同士が完全に分離された場合ばかりでなく、一部が接続している状態でも応力の影響を抑制できるように独立化されていればよい。
【００１７】
好ましくは、前記切込み部がメサの外径に対応する形状である。外形に対応した切り込み部を設けることで、絶縁膜への過度な内部応力が生じること防止することができる。
【００１８】
好ましくは、メサは前記出射口を規定しかつ電流を注入するための電極を含み、前記電極に電気的に接続されかつ前記電極から延在された電極パッドが前記メサの周部に存する前記絶縁膜上に配され、前記切り込み部が前記電極パッドの外径に対応する形状を有してもよい。これにより、電極パッドの周辺に絶縁膜の内部応力を緩和することが可能である。
【００１９】
さらに本発明に係る面発光型半導体レーザは以下の構成を有する。基板と、前記基板上に積層された複数の半導体層と、前記複数の半導体層上に形成され、レーザ光の出射口を備えたメサと、少なくとも前記メサの側部および前記メサの周部である複数の半導体層上を被覆する絶縁膜とを有し、前記複数の半導体層の一部に溝を設け、前記溝を含む領域上に前記絶縁膜が形成されている。これにより、半導体層に絶縁膜が強固に密着する構造を実現でるので、絶縁膜の剥離という事態を予防できる。
【００２０】
好ましくは、前記溝が、前記メサの外径に対応する形状に配されていてもよい。これにより、メサの周部近傍に溝が形成されるので、面積の小さい絶縁膜であってもメサ基部に強く密着した構造となる。さらに絶縁膜内の内部応力も緩和する構造を実現できる。
【００２１】
好ましくは、前記メサは前記出射口を規定しかつ電流を注入するための電極を含み、前記電極に電気的に接続されかつ前記電極から延在された電極パッドが前記メサの周部に存する前記絶縁膜上に配され、前記溝が前記電極パッドの外径に対応する形状を有してもよい。
【００２２】
好ましくは、記絶縁膜の端部は、前記溝内で終端するようにしてもよい。これにより、電極パッドの周部に存在する絶縁膜についても半導体層への密着性を向上させることができる。
【００２３】
好ましくはメサ周部である複数の半導体層は、Ａｌを含む半導体層を含み、前記絶縁膜が前記Ａｌを含む半導体層上にある構造とすることができる。Ａｌを含む半導体層は水分の吸湿性が高く絶縁膜の剥離が促進されやすいが、本発明の構造を適用することで、より効果的に絶縁膜の剥離を抑制することができる。好ましくは、Ａｌを含む半導体層は、半導体多層構造からなる第１導電型の半導体ミラーの一部であり、ＡｌＧａＡｓを含む。また、メサは、少なくとも活性領域、選択酸化された領域を一部に含む電流狭窄層、および前記第１導電型と異なる第２の導電型の半導体ミラーとを含む構造を採用することができる。
【００２４】
本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、基板と、前記基板上に積層された複数の半導体層と、前記複数の半導体層上に形成され、レーザ光の出射口を備えたメサと、少なくとも前記メサの側部および前記メサの周部である複数の半導体層上を被覆する絶縁膜とを有し、以下のステップを有する。絶縁膜の端部が、基板の端部より内側に終端するように、絶縁膜を除去するステップを含む。これにより、絶縁膜の剥離が抑制され、メサを基板上にしっかりと保持することできる。
【００２５】
好ましくは、基板の端部は、面発光型半導体レーザの形成に際して基板をダイシングすることによって形成される切断面あるいは境界面を含む。
【００２６】
さらに本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、基板と、前記基板上に積層された複数の半導体層と、前記複数の半導体層上に形成され、レーザ光の出射口を備えたメサと、少なくとも前記メサの側部および前記複数の半導体層上で前記メサの周部を含んで被覆する絶縁膜とを有するものであって、メサ近傍周部の絶縁膜を残して、他の絶縁膜を除去するステップとを含む。これにより、メサ近傍の絶縁膜の内部応力を緩和することができると同時に絶縁膜の剥離が抑制される。
【００２７】
さらに本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、基板と、前記基板上に積層された複数の半導体層と、前記複数の半導体層上に形成され、レーザ光の出射口を備えたメサと、少なくとも前記メサの側部および前記複数の半導体層上で前記メサの周部を含んで被覆する絶縁膜とを有しているものであって絶縁膜に切込みを形成するステップを含む。これによると、絶縁膜が切込みによって分離可能であるため、分離された絶縁膜内の内部応力が緩和される。
【００２８】
さらに本発明に係る面発光型半導体レーザの製造方法は、基板と、前記基板上に積層された複数の半導体層と、前記複数の半導体層上に形成され、レーザ光の出射口を備えたメサと、少なくとも前記メサの側部および前記複数の半導体層上で前記メサの周部を含んで被覆する絶縁膜とを有するものであって、前記メサ形成後に、前記複数の半導体層上の一部に溝を形成するステップを含む。これにより、絶縁膜が半導体層に強力に密着しているので剥離の問題が低減される。
【００２９】
好ましくは、前記製造方法はさらに、前記絶縁膜の端部が前記溝内に終端するように絶縁膜をパターンニングするステップを含むものであっても良い。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る複数の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る面発光型半導体レーザの主要部を示す断面図である。図１は、それぞれの実施形態に共通の基本構造部分を示している。図１に示す基本構造部分を説明し、その後に各実施形態の特徴的な構成を順次説明する。
【００３１】
本面発光レーザ１は、円筒状のメサ構造（あるいはポスト構造、ピラー構造）から成るレーザ素子部３を備えた選択酸化型の面発光型半導体レーザである。ここでは、メサ構造上に塗布される保護膜や、金属コンタクト層から延在されるボンディングパッド部等の記載を省略している。
【００３２】
１２はｎ型のＧａＡｓ基板、１３はこの基板上に形成されたｎ型ＧａＡｓバッファ層である。基板１２の裏面に形成された層１１は、ｎ側電極である。バッファ層１３上の層１４は、共振器の下部のｎ型ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector：多層膜分布ブラッグ)層である。このｎ型下部ＤＢＲ１４は、混結比の異なる下部ＤＢＲ第１ミラー層１４−１と下部ＤＢＲ第２ミラー層１４−２とを複数積層した構造であるが、図１では第１ミラー層１４−１と下部ＤＢＲ第２ミラー層１４−２とを模式的に示している。
【００３３】
下部ミラー層１４上に、下部スペーサー層１５、活性領域４および上部スペーサー層１８が形成されている。活性領域４は、アンドープの下部障壁層１６−１、アンドープの量子井戸層１７、およびアンドープの上部障壁層１６−２との積層体を含む。活性領域４上には上部スペーサー層１８が形成されている。上部スペーサー層１８上には、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１９、ｐ型ＡｌＡｓ層２０、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２１が形成されている。ＡｌＡｓ層２０は、その中央部に円形状の開口を規定するＡｌＡｓ部２０ａとその周囲に選択酸化された酸化物領域２０ｂとを含む電流狭窄層である。電流狭窄層は、そこを通る電流と光を狭窄するものである。電流狭窄層２０の上下に設けた、ＡｌＧａＡｓ層１９、２１は格子定数をより整合させ歪を緩和するための緩和層として機能する。これら歪緩和層は省略することができる。
【００３４】
２２は、共振器の上部を構成するｐ型の上部ＤＢＲミラー層である。上部ＤＢＲミラー層２２は、混晶比の異なる上部ＤＢＲ第１ミラー層２２−１と上部ＤＢＲ第２ミラー層２２−２とを交互に複数積層して形成されるが、ここでは模式的に示している。２３は、ｐ型のコンタクト層であり、２４は、層間絶縁膜、２５は、コンタクト層２３上に形成され出射窓を規定する環状のｐ側電極である。２６は、ｐ側電極２５に接続された引出し電極である。
【００３５】
本発明における面発光型半導体レーザでは、層間絶縁膜２４の形状が特徴的である。層間絶縁膜２４は、メサ構造３の上面の縁部、側面およびメサ周部の全体を被覆する。ここで、メサ周部とは、メサ３が形成されている基部から外側に延在する領域で、図１の例では下部ミラー層１４上に着膜された領域２４ａである。従来においては、層間絶縁膜は、基板のダイシング面に至るまで基板上の全面を被覆しているが、本発明に係る層間絶縁膜２４は、その形状を異にしている。
【００３６】
以下、第１ないし第３の実施形態を順に説明する。図２は第１の実施形態について示した図であり、（ａ）は面発光半導体レーザのチップの概要を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。なお、この（ｂ）で、基板１２上には下部ミラー層１４が存在しているがここでの図示は省略している。
【００３７】
本実施形態では、チップの外周となる４辺、すなわちダイシング面１０７（基板の切断面）よりも、層間絶縁膜２４の端部が内側に形成されている。特に、本実施形態では、層間絶縁膜２４の端部を、レーザ素子部（メサ構造）３、引出し配線２６及び電極パッド２７の外径の応じた形状となるように、ダイシング面からオフセットされている。なお、図(ａ)に示す層間絶縁膜２４の領域は、分かり易くするために斜線で示してある。
【００３８】
層間絶縁膜２４をこのように設計することで、ウエハからレーザ素子を切り落とす際に、ダイシングブレードによる機械的なストレスが層間絶縁膜２４に直接加わらず、層間絶縁膜２４の端部が半導体層表面（下部ミラー層１４）から剥離するという事態を抑制することができる。また図２に示す例では、層間絶縁膜２４の端部が、レーザ素子部３、引出し配線２６及び電極パッド２７の外周近傍まで大きくオフセットされ、その面積が従来と比較し大幅に縮小している。これにより、下部ミラー層１４と層間絶縁膜との熱膨張係数の差等によって生じる層間絶縁膜２４内の内部応力が大幅に低減される。このように、層間絶縁膜２４の剥離を抑制する共に、層間絶縁膜内の応力を抑制することで、レーザの安定した動作およびその発光寿命を改善することができる。
【００３９】
第１の実施態様では、層間絶縁膜２４の剥離及び応力の抑制を同時に実現した構成例を示しているが、層間絶縁膜２４のパターンは、図２の破線で示すような形状であっても良い。すなわち、層間絶縁膜２４の端部を、ダイシング面１０７から内側に幾分オフセットさせたパターンとするだけで、ダイシング面１０７には層間絶縁膜２４と下部ミラー層１４との境界面が存在しないため、層間絶縁膜２４の剥離の問題を解消することができる。オフセット量は、ダイシング時のブレードの加工幅を考慮して適宜選択される。
【００４０】
図３を参照して第１実施形態の面発光型半導体レーザの製造方法を説明する。有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ法）を用い、図３（ａ）で示すように先ずｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３を積層する。バッファ層１３上に、共振器の下部を構成するｎ型ＤＢＲミラー１４層を積層する。ＤＢＲ下部ミラー層１４は、例えばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓによる第１ミラー層１４−１と、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓによる第２ミラー層１４−２とを、交互に４０．５周期積層させて形成する。
【００４１】
下部ミラー層１４上に、アンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓの下部スペーサー層１５を積層し、下部スペーサー層１５上にアンドープＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓの量子井戸層１７（厚さ９ｎｍ）の上下にアンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層１６−１、１６−２（厚さ５ｎｍ）を設けた量子井戸活性領域４を形成する。この活性領域４上にアンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓの上部スペーサー１８層を積層し、この上部スペーサー層１８上にｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層１９／ｐ型ＡｌＡｓ層２０／ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層２１を積層する。
【００４２】
ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層２１の上部には、共振器の上部を構成する上部ＤＢＲミラー層２２が形成される。上部ＤＢＲミラー層２２は、例えばアンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの第１ミラー層２２−１と、ＡｌＡｓの第２ミラー層２２−２とを交互に２４周期積層して形成する。上部ＤＢＲミラー層２２上に、ｐ型ＧａＡｓによるコンタクト層２３を積層して、エピタキシャル成長による工程を終了する（図３（ａ））。
【００４３】
次に、図３（ｂ）に示すように、ｐ型電極２５をスパッタ法、蒸着法等を用いて着膜させ、フォトリソグラフィによりパターニングし、レーザ出射窓を設ける。さらにフォトリソグラフィによりレジストをパターンニングし、該レジストをマスクにＲＩＥを行い、メサ構造を形成する。エッチングは、少なくともＡｌＡｓ層２０を通過する必要があるが、好ましくは下部ミラー層１４が露出するまで行われる。メサ形成後、基板１２を高温酸化炉に一定時間被爆させることでＡｌＡｓ層２０をメサ側面から酸化させ、電流狭窄層を形成する。
【００４４】
図３（ｃ）に示すように、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて層間絶縁膜２４をまず一様に着膜させる。層間絶縁膜２４の材料としては、ＳｉＮｘ単層膜、ＳｉＯＮ単層膜、あるいは両者の積層構造を含んだ構成を用いていることができる。次に、フォトリソ工程によりレジストのパターンを形成し、該レジストをマスクに層間絶縁膜２４の不要部分をエッチング除去する。図２で示したように、メサの周部において、レーザ素子部３、引き出し配線２６および電極パッド２７の形状に対応した形状となるように層間絶縁膜２４を加工する。同時に、メサの表面において、ｐ側電極２５とのコンタクトのためのコンタクトホールが形成される。
【００４５】
次に、リフトオフ法でＴｉ/Ａｕを蒸着して、引出し配線２６、電極パッド２７を設ける。最後に、指定通りの大きさにチップダイシング（大割）してから、裏面研磨をし、ｎ型ＧａＡｓ基板１２の裏面側にＡｕ/ＡｕＧｅを蒸着してｎ型電極１１を設け、再び個別チップにダイシングする。これで図２に示した第１実施形態のチップが完成する。
【００４６】
上記のように第１実施形態に係る面発光型半導体レーザは、従来の製造工程に簡単な修正を加え、層間絶縁膜２４を所定形状にエッチング加工するだけで、層間絶縁膜の剥離を抑制し、かつ層間絶縁膜の内部応力を緩和した構造を得ることができる。
【００４７】
図４は第２の実施形態について示した図であり、（ａ）は面発光半導体レーザのチップの概要を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。本実施形態の層間絶縁膜２４は、チップ外周の４辺（切断面）からチッピングが到達しない範囲３２まで内側にオフセットされ、円柱状のレーザ素子部（メサ構造）３、引き出し配線２６および電極パッド２７の周辺部に存在する層間絶縁膜には切込み部３１を設けている（層間絶縁膜は斜線で示してある）。
【００４８】
本形態では、絶縁膜の端部がオフセットされているのでダイシング面における層間絶縁膜２４の剥離を防止することができるとともに、仮に、ダイシング面から層間絶縁膜２４の剥離が生じても切込み部３１によりその進行を阻止することができる。さらに、切り込み部３１により、レーザ素子部３の近傍に存在する層間絶縁膜２４と切り込み部３１を隔ててその外側に位置する層間絶縁膜２４とが分離されているので、層間絶縁膜内の内部応力が相互に干渉したり、一方から他方へ伝播することが抑制される。このように、本実施の形態においても、層間絶縁膜２４の剥離を抑制する共に、内部応力の発生によりメサあるいはポストが基板から脱落し、レーザ発光が停止するということを抑制することができ、レーザ素子の寿命を改善することができる。
【００４９】
本実施形態に関連して、レーザ素子部３の構造に起因して生じる層間絶縁膜２４内の応力を低減させたいような場合には、レーザ素子部３の周辺部にのみ切込み部３１を設けたものでもよい。
【００５０】
図５は本発明の第３の実施形態について示した図であり、（ａ）は面発光半導体レーザのチップの概要を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。本実施形態では、メサ３の周部である基板１２の下部ミラー層１４上に溝３５を形成する。層間絶縁膜２４の端部は、この溝３５を含む領域に形成される。またその端部は溝３５内において終端するものであっても良い。
【００５１】
このような形態とすれば、層間絶縁膜２４と下地の半導体層との接触面積が増加するので密着力が向上し、層間絶縁膜２４の剥離を抑制することができる。なお、溝３５の形状は、前記第１、第２の形態と同様に、レーザ素子部（メサ）３、引出し配線２６、電極パッド２７の近傍で、これらの形状に沿うように形成している。これにより、レーザ素子部３、引き出し配線２６、および電極パッド２７の形状や材質に起因して発生する層間絶縁膜２４内に過度応力が生じても、それによる層間絶縁膜の破損や劣化を抑制することが可能である。また、単に層間絶縁膜２４が剥離することを抑制することに対処するという観点では、チップの外周４辺の近くにこの溝３５を形成してもよい。
【００５２】
図５では一様に溝３５が形成され、層間絶縁膜２４の端部がこの溝３５内に収まる例を示しているが、勿論、溝３５を不連続に形成してもよい。さらに、レーザ素子部３の周部近傍にのみ層間絶縁膜２４を残した場合を例示しているが、これに限らず、溝３５を含む領域まで層間絶縁膜２４を全面に形成しても良く、好ましくは、ダイシング面よりも手前で終端させる。
【００５３】
第３の実施形態において素子を製造する場合は、メサを形成した後、露出された下部ミラー層１４上に所定の形状の溝３５を形成する。この溝３５の形成にはドライエッチングあるいはケミカルエッチングを用いることができる。例えば硫酸系のケミカルエッチングを用いると、急激な段差がない溝部３５を形成できる。この後の工程は、第１の実施形態の場合と同様であり、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて層間絶縁膜２４を一様に着膜し、特定のマスクパターンによりフォトリソエッチングすれば図５に示す形状の層間絶縁膜２４を形成できる。
【００５４】
図６は、図４に示した第２の実施形態で示したチップを、ＴＯ管タイプのステム４１にマウントした例を示した図である。（ａ）はダイマウントしたときの平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線での断面図である。上述したように、層間絶縁膜２４の一部を削除した構造としたことで、層間絶縁膜によって被覆されていない半導体層の一部が露出されてしまうので、この露出部分を外部大気から保護する必要がある
【００５５】
そこで、図６ではチップをマウントしたときに、チップ４０の層間絶縁膜２４が露出された部分をモールド樹脂４５で覆っている。チップ４０の外周部分は層間絶縁膜２４の端部が内側にオフセットしているが、この露出部分をモールド樹脂により保護する。これにより、チップ４０の層間絶縁膜の露出部からの水等の侵入を防ぎ、更に耐湿性を改善している。
【００５６】
図６に示した構造は、以下のように作製される。ＴＯ管の金属製ステム４１に熱硬化型の導電性接着剤を塗布した後に、マウンタを用いてチップ４０を所定の位置に加圧搭載する。これをオーブンに入れて、導電性接着剤を熱硬化させる。本例では、Ａｇ系エポキシ接着剤を用いたが、Ｉｎソルダ、Ｐｂ系半田泊、ＡｕＳｎ系共晶半田も採用できる。
【００５７】
次に、塗布装置により熱硬化型のモールド樹脂４５を塗布し、熱硬化させる。本例ではモールド剤として低温効果型のエポキシ接着剤を用いたが、ポリイミド系材料、シリコーン樹脂系材料を同様に採用できる。次に、ボンディングワイヤ４２によりチップ側の電極パッド２７と外部リード線４３とを接続する。ここでは、ワイヤーのキャピラリがモールド樹脂と接触しないように、チップ４０上にモールド樹脂が塗布されない領域を設けている。モールド剤の高さ調整とキャピラリの軌道調整が可能な範囲でモールド剤塗布領域を適宜調整すればよい。この後にキャップをシールする工程を追加してもよい。なお、図６において、４７は接地側のリード線であり、金属製ステム４１を介してチップ４０のｎ側電極と電気的に接続されている。
【００５８】
なお、図６ではチップをマウントする時に、層間絶縁膜が除去した部分を樹脂で保護する例を示したが、このような対処だけでなくチップ上に、他のポリイミド等の保護膜を形成するようにしてもよい。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は上記実施の形態に限定的に解釈されるべきものではなく、特許請求の範囲の構成要件を満足する範囲内で、上記実施の形態と異なる他の構成あるいは他の方法を適用することが可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、メサの側部および周部を覆う絶縁膜を基板の切断面よりも内側において終端させるようにしたことで、従来のように絶縁膜を切断面と同一させたときよりも、基板もしくは下地の半導体層から絶縁膜が剥離することが抑制され、レーザ素子部であるメサが基板から脱落したり、電極配線が切断したりすることを抑制することができ、面発光型半導体レーザを安定して動作させ、その寿命を改善することができる。さらに、絶縁膜に切欠きを設けることで、絶縁膜内に内部応力を緩和し、絶縁膜の劣化や損傷を抑制し、長寿命の面発光半導体レーザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明に係る面発光型半導体レーザの主要部を示す断面図である。
【図２】 図２（ａ）は第１の実施形態に係る面発光半導体レーザのチップの概要を示す平面図、同（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。
【図３】 第１実施形態のチップの製造例を示した図である。
【図４】 図４（ａ）は第２の実施形態に係る面発光半導体レーザのチップの概要を示す平面図、同（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。
【図５】 図５（ａ）は第３の実施形態に係る面発光半導体レーザのチップの概要を示す平面図、同（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。
【図６】 図４に示した第２の実施形態で示したチップを、ＴＯ管タイプのステムにダイマウントした例を示した図で、（ａ）はダイマウント例を示した平面図、同（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線での断面図である。
【図７】 図７（ａ）はＶＣＳＥＬチップの平面図、図７（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
【符号の説明】
１ 面発光レーザ、 ３ レーザ素子部（メサ）、
４ 活性領域、 １１ ｎ側電極、
１２ ＧａＡｓ基板、 １４ 下部ＤＢＲミラー層、
２０ 電流狭窄層、 ２２ 上部ＤＢＲミラー層、
２４ 層間絶縁膜、 ２５ ｐ側電極
２６ 引き出し配線、 ２７ 電極パッド
３１ 切込み部、 ３５ 溝、
４０ チップ １０７ ダイシング面

Claims (11)

  1. 基板と、
    前記基板上に積層された複数の半導体層と、
    前記複数の半導体層上に形成され、レーザ光の出射口を備えたメサと、
    少なくとも前記メサの側部および前記メサの周部である複数の半導体層上を被覆する絶縁膜とを有し、
    前記メサの周部を覆う絶縁膜の端部が、前記基板の切断面より内側において終端され、かつ前記絶縁膜に切込み部が形成され、
    前記メサは前記出射口を規定しかつ電流を注入するための電極を含み、前記電極に電気的に接続されかつ前記電極から延在された電極パッドが前記メサの周部に存する前記絶縁膜上に配され、
    前記切込み部が前記電極パッドの外径に対応する形状を有し、かつ前記メサの外径に対応する形状である、
    面発光型半導体レーザ。
  2. 前記切断面は、前記面発光型半導体レーザを形成するときのダイシング面である、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
  3. 前記メサの周部を覆う絶縁膜の端部は、前記ダイシング面よりも内側にオフセットされている、請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。
  4. 前記複数の半導体層の一部に溝を設け、前記溝を含む領域上に前記絶縁膜が形成されている、請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
  5. 前記溝が、前記メサの外径に対応する形状を有する、請求項４に記載の面発光型半導体レーザ。
  6. 前記メサ周部にある複数の半導体層は、Ａｌを含む半導体層を含み、前記絶縁膜が前記Ａｌを含む半導体層上にある、請求項１または４に記載の面発光型半導体レーザ。
  7. 前記Ａｌを含む半導体層は、半導体多層構造からなる第１導電型の半導体ミラーの一部であり、ＡｌＧａＡｓを含む、請求項６に記載の面発光型半導体レーザ。
  8. 前記メサは、少なくとも活性領域、選択酸化された領域を一部に含む電流狭窄層、および前記第１の半導体ミラーと異なる第２の導電型の半導体ミラーとを含む、請求項１ないし７いずれかに記載の面発光型半導体レーザ。
  9. 基板と、前記基板上に積層された複数の半導体層と、前記複数の半導体層上に形成され、レーザ光の出射口を備えたメサと、少なくとも前記メサの側部および前記メサの周部である複数の半導体層上を被覆する絶縁膜とを有し、前記メサは前記出射口を規定しかつ電流を注入するための電極を含み、前記電極に電気的に接続されかつ前記電極から延在された電極パッドが前記メサの周部に存する前記絶縁膜上に配された面発光型半導体レーザの製造方法であって、
    前記絶縁膜の端部が、前記基板の端部より内側に終端するように、前記絶縁膜を除去し、かつ前記絶縁膜に前記電極パッドの外径および前記メサの外径に対応する形状の切込み部が形成されるステップを含む、面発光型半導体レーザの製造方法。
  10. 前記製造方法は、前記基板を切断するステップを含み、前記基板の端部は切断面によって規定される、請求項９に記載の面発光型半導体レーザの製造方法。
  11. 前記製造方法はさらに、前記メサ形成後に、前記複数の半導体層上の一部に溝を形成するステップを含み、前記絶縁膜の端部が前記溝内に終端される、請求項９に記載の面発光型半導体レーザの製造方法。
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