JP4946041B2 - Surface emitting semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、光情報処理あるいは高速光通信の光源として利用される面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a surface emitting semiconductor laser device used as a light source for optical information processing or high-speed optical communication, and a method for manufacturing the same.

近年、光通信や光記録等の技術分野において、面発光型半導体レーザ(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode:以下VCSELと呼ぶ)への関心が高まっている。VCSEL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、ウエハ状態での評価や光源の二次元アレイ化が可能であるといった、端面発光型半導体レーザにはない優れた特長を有する。これらの特長を生かし、通信分野における光源としての需要がとりわけ期待されている。   In recent years, interest in a surface-emitting semiconductor laser (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode: hereinafter referred to as VCSEL) has increased in technical fields such as optical communication and optical recording. VCSELs are not available in edge-emitting semiconductor lasers that have low threshold currents, low power consumption, can easily obtain a circular light spot, and can be evaluated in a wafer state or a two-dimensional array of light sources. Has excellent features. Taking advantage of these features, demand as a light source in the communication field is particularly expected.

VCSELの信頼性を向上させ、かつ動作寿命を改善させるため、VCSELを外部の水分や湿気から保護する技術が幾つか開示されている。例えば、特許文献1は、図17に示すように、基板上にメサエッチングを行い、2つのLED(43、43’)をつながったままの状態にし、エッチングにより露出されたAl含有量の多い閉じ込め層(30、34)を、600℃で5分間酸化させ、自然酸化膜パッシベーション膜(46、46A)を形成した後、面(45、45’)でシンギュレーションを行っている。   In order to improve the reliability of the VCSEL and improve the operating life, several techniques for protecting the VCSEL from external moisture and moisture have been disclosed. For example, in Patent Document 1, as shown in FIG. 17, mesa etching is performed on a substrate, two LEDs (43, 43 ′) are kept connected, and confinement with a high Al content exposed by etching is performed. The layers (30, 34) are oxidized at 600 ° C. for 5 minutes to form natural oxide film passivation films (46, 46A), and then singulation is performed on the surfaces (45, 45 ′).

特許文献2は、VCSELの表面から酸化された領域まで延びるエッチング加工された穴を、湿気浸透防護壁により覆うことで、穴に対する湿気の侵入を阻止している。この防護壁は、好ましくは300nm以上の厚さを有する窒化珪素層を用いている。   In Patent Document 2, a hole that has been etched from the surface of the VCSEL to the oxidized region is covered with a moisture permeation protection wall, thereby preventing moisture from entering the hole. The protective wall preferably uses a silicon nitride layer having a thickness of 300 nm or more.

特許文献3は、メサを形成するときに窒素と塩素系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングを行い、エッチングと同時に半導体表面層に窒化物を主成分とする層を形成し、窒化膜パッシベーション処理を行っている。これにより、窒化膜の下地に自然酸化膜が形成されないため、窒化膜の密着性や耐湿性を向上させることができる。   In Patent Document 3, dry etching using nitrogen-chlorine mixed gas plasma is performed when forming a mesa, and a nitride-based layer is formed on a semiconductor surface layer simultaneously with the etching, and nitride film passivation treatment is performed. It is carried out. Thereby, since a natural oxide film is not formed on the base of the nitride film, the adhesion and moisture resistance of the nitride film can be improved.

特開2000−208811号JP 2000-208811 A 特開2003−204117号JP 2003-204117 A 特開2004−22618号JP 2004-22618 A

図18は、従来のポスト構造を有するVCSELの断面を示す図である。n型のGaAs基板1上に、n型のAlGaAs半導体層を含む下部DBR2、活性領域3、p型の電流狭窄層(AlAs酸化層)4、p型のAlGaAs半導体層を含む上部DBR5、p型のGaAsコンタクト層6が形成されている。コンタクト層6から下部DBR2の一部にまで到達する環状のトレンチまたは溝7が形成され、円筒状のポストPが形成されている。溝7を含む基板表面には層間絶縁膜8が形成されている。ポスト頂部において層間絶縁膜8にはコンタクトホールが形成され、p側の上部電極9がコンタクトホールを介してコンタクト層6にオーミック接続されている。上部電極9には、レーザ光を出射する開口9aが形成されている。また基板裏面には、n側の下部電極10が形成されている。   FIG. 18 is a diagram showing a cross section of a VCSEL having a conventional post structure. On an n-type GaAs substrate 1, a lower DBR 2 including an n-type AlGaAs semiconductor layer, an active region 3, a p-type current confinement layer (AlAs oxide layer) 4, an upper DBR 5 including a p-type AlGaAs semiconductor layer, a p-type The GaAs contact layer 6 is formed. An annular trench or groove 7 reaching from the contact layer 6 to a part of the lower DBR 2 is formed, and a cylindrical post P is formed. An interlayer insulating film 8 is formed on the substrate surface including the trench 7. A contact hole is formed in the interlayer insulating film 8 at the top of the post, and the p-side upper electrode 9 is ohmically connected to the contact layer 6 through the contact hole. The upper electrode 9 has an opening 9a for emitting laser light. An n-side lower electrode 10 is formed on the back surface of the substrate.

このようなVCSELを、ベアチップ状態で高温高湿下(85℃、85%など)で駆動すると、室温低湿度下で駆動した場合よりも寿命が短くなる傾向がある。その一因として、p型のGaAsコンタクト層6の変成による上部電極の断線に至る故障モードがある。個々のVCSELチップまたはVCSELアレイチップを分割する場合、層間絶縁膜8は、ダイシングする領域11を露出させるようにパターニングされている。このため、半導体層の最上層であるGaAsコンタクト層6が露出されている。ダイシングの前後を問わず、層間絶縁膜8によって露出されたGaAsコンタクト層6の表面の一部は外部に晒されるため、湿気や水分を吸いやすい。特に、高温高湿下でVCSELが通電されると、GaAsコンタクト層6が変成し、層間絶縁膜8の下部が侵食され、これにより層間絶縁膜8が浮き上がり、上部電極9が断線することがある。これは、高い湿度により上部電極9から下部電極10へチップ側面(ダイシング面)を通る電流経路が形成されることが影響していると考えられる。   When such a VCSEL is driven under high temperature and high humidity (85 ° C., 85%, etc.) in a bare chip state, the lifetime tends to be shorter than when it is driven under room temperature and low humidity. One of the causes is a failure mode that leads to disconnection of the upper electrode due to the transformation of the p-type GaAs contact layer 6. When the individual VCSEL chip or the VCSEL array chip is divided, the interlayer insulating film 8 is patterned so as to expose the region 11 to be diced. For this reason, the GaAs contact layer 6 which is the uppermost layer of the semiconductor layer is exposed. Regardless of before and after dicing, a part of the surface of the GaAs contact layer 6 exposed by the interlayer insulating film 8 is exposed to the outside, so that moisture and moisture are easily absorbed. In particular, when the VCSEL is energized under high temperature and high humidity, the GaAs contact layer 6 is transformed, and the lower portion of the interlayer insulating film 8 is eroded, whereby the interlayer insulating film 8 is lifted and the upper electrode 9 may be disconnected. . This is considered to be due to the fact that a current path passing through the chip side surface (dicing surface) from the upper electrode 9 to the lower electrode 10 is formed due to high humidity.

ベアチップ状態でVCSELを使用するためには、このような故障が起こらない構造を取る必要がある。特許文献1は、Al含有量の高い層を600℃の高温により酸化させるものであり、表面のGaAsコンタクト層6を効果的に保護するものではない。さらに、特許文献2および3のいずれもGaAsコンタクト層を外部から保護しコンタクト層の変成に防止するための構成および作用を示唆するものではない。   In order to use the VCSEL in the bare chip state, it is necessary to adopt a structure in which such a failure does not occur. In Patent Document 1, a layer having a high Al content is oxidized at a high temperature of 600 ° C. and does not effectively protect the GaAs contact layer 6 on the surface. Further, neither of Patent Documents 2 and 3 suggests a configuration and action for protecting the GaAs contact layer from the outside and preventing the contact layer from being altered.

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、高温高湿環境下において故障の発生を抑制し寿命の長い面発光型半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides a surface-emitting type semiconductor laser device that suppresses the occurrence of a failure in a high-temperature and high-humidity environment and has a long lifetime, and a method for manufacturing the same. Objective.

本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、基板上に少なくとも第1導電型の第1の半導体多層膜、活性領域、第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第2導電型の第2の半導体多層膜、及びコンタクト層を含む半導体層が積層され、レーザ光を出射する発光部とパッド形成領域とが前記半導体層に形成された溝によって分離されている。そして、パッド形成領域の外縁に、半導体層をエッチングし基板に至る深さを有する外周溝が形成され、外周溝によって露出されたパッド形成領域の側面およびパッド形成領域の表面が絶縁膜によって覆われている。   The surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention includes a second conductivity type second semiconductor that forms a resonator together with at least a first semiconductor multilayer film of the first conductivity type, an active region, and a first semiconductor multilayer film on a substrate. The semiconductor multilayer film and the semiconductor layer including the contact layer are laminated, and the light emitting portion that emits laser light and the pad formation region are separated by a groove formed in the semiconductor layer. An outer peripheral groove having a depth reaching the substrate by etching the semiconductor layer is formed at the outer edge of the pad forming area, and the side surface of the pad forming area exposed by the outer peripheral groove and the surface of the pad forming area are covered with an insulating film. ing.

パッド形成領域の半導体層の表面のコンタクト層が絶縁膜で覆われるようにしたので、コンタクト層が外部の水分や湿気等に晒されることがなくなる。これにより、コンタクト層が変成したり、変成に伴い腐食するのを防止することができる。さらに、外周溝によって露出されたパッド形成領域の側面も外部の水分や湿気から保護される。   Since the contact layer on the surface of the semiconductor layer in the pad forming region is covered with the insulating film, the contact layer is not exposed to external moisture or moisture. Thereby, it is possible to prevent the contact layer from being deformed or corroding with the modification. Further, the side surface of the pad forming region exposed by the outer peripheral groove is also protected from external moisture and moisture.

好ましくは、絶縁膜は、パッド形成領域と同時に溝および発光部を覆うように形成される。発光部の絶縁膜には、コンタクト層を露出させるためのコンタクトホールが形成される。さらに、外周溝において基板を露出させるように絶縁膜がパターンニングされる。発光部には、コンタクトホールを介してコンタクト層とオーミック接続される金属層が形成され、当該金属層にはレーザ光を出射するための開口が形成されている。絶縁膜は、例えばシリコン酸化膜やシリコンナイトライド膜などが用いられる。   Preferably, the insulating film is formed so as to cover the groove and the light emitting portion simultaneously with the pad forming region. A contact hole for exposing the contact layer is formed in the insulating film of the light emitting portion. Further, the insulating film is patterned so as to expose the substrate in the outer peripheral groove. A metal layer that is ohmically connected to the contact layer through a contact hole is formed in the light emitting portion, and an opening for emitting laser light is formed in the metal layer. For example, a silicon oxide film or a silicon nitride film is used as the insulating film.

外周溝は、基板を切断するときのダイシング領域を規定する。基板は、外周溝に沿ってダイサーにより切断され、個々のチップに分離される。外周溝は、基板の表面に当接する深さ、または基板の表面を一部エッチングした深さを有する。基板は、積層される半導体層と比較して非常に厚いため、半導体層を多少オーバーエッチングしても影響がない。また、基板は、基板上に積層された半導体層と比べると耐湿性を有しているため、ダイシングにより切断された基板側面を必ずしも絶縁膜により保護する必要はない。   The outer peripheral groove defines a dicing area when the substrate is cut. The substrate is cut by a dicer along the outer peripheral groove and separated into individual chips. The outer peripheral groove has a depth that contacts the surface of the substrate or a depth obtained by partially etching the surface of the substrate. Since the substrate is very thick compared to the stacked semiconductor layers, there is no effect even if the semiconductor layers are somewhat over-etched. Further, since the substrate has moisture resistance as compared with the semiconductor layer stacked on the substrate, it is not always necessary to protect the side surface of the substrate cut by dicing with an insulating film.

好ましくは、第1および第2の半導体多層膜は、Alを含むIII−V族半導体層から構成され、コンタクト層は、GaAs層から構成される。さらに、発光部は、第1および第2の半導体多層膜の間に、Alを含む半導体層の一部が選択的に酸化された電流狭窄層を含む。   Preferably, the first and second semiconductor multilayer films are made of a group III-V semiconductor layer containing Al, and the contact layer is made of a GaAs layer. Furthermore, the light emitting unit includes a current confinement layer in which a part of the semiconductor layer containing Al is selectively oxidized between the first and second semiconductor multilayer films.

発光部に形成された金属層は、配線金属を介してパッド形成領域上に形成された電極パッドに接続される。金属層は、金または金とチタンの積層からなる。金属層の開口は、電流狭窄層の酸化領域によって囲まれた導電領域の開口と整合される。金属層および電流狭窄層の開口の大きさは、出射されるレーザ光のモードを決定する。   The metal layer formed in the light emitting part is connected to the electrode pad formed on the pad formation region via the wiring metal. The metal layer is made of gold or a laminate of gold and titanium. The opening of the metal layer is aligned with the opening of the conductive region surrounded by the oxidized region of the current confinement layer. The size of the opening in the metal layer and the current confinement layer determines the mode of the emitted laser light.

本発明に係る面発光型半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、少なくとも第1導電型の第1の半導体多層膜、活性領域、第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第2導電型の第2の半導体多層膜、及びコンタクト層を含む半導体層を積層するステップと、前記半導体層上に第1のマスクパターンを形成し、第1のマスクパターンを用いて前記半導体層をエッチングし、発光部を規定する第1の溝を形成するステップと、前記半導体層上に第2のマスクパターンを形成し、第2のマスクパターンを用いて前記半導体をエッチングし、ダイシング領域を規定する第2の溝を形成するステップと、少なくとも第1の溝および第2の溝を含む前記半導体層上に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜をパターニングし、前記発光部の前記絶縁膜にコンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホールを介して前記コンタクト層に接続される上部電極パターンを形成するステップと、第2の溝に沿って前記基板を切断するステップとを有している。   The method for manufacturing a surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention includes a second conductive material that constitutes a resonator together with at least a first conductive type first semiconductor multilayer film, an active region, and a first semiconductor multilayer film on a substrate. Laminating a semiconductor layer including a second semiconductor multilayer film of a mold and a contact layer, forming a first mask pattern on the semiconductor layer, and etching the semiconductor layer using the first mask pattern Forming a first groove defining a light emitting portion, forming a second mask pattern on the semiconductor layer, etching the semiconductor using the second mask pattern, and defining a dicing region Forming a second groove, forming an insulating film on the semiconductor layer including at least the first groove and the second groove, patterning the insulating film, and Forming a contact hole in the edge film; forming an upper electrode pattern connected to the contact layer through the contact hole; and cutting the substrate along a second groove. ing.

好ましくは第2の溝は、コンタクト層から基板に至る深さを有している。また、絶縁膜をパターニングするとき、第2の溝内の絶縁膜の一部を除去し基板の一部を露出させるようにしてもよい。この場合、絶縁膜によって露出された基板の領域を切断する。   Preferably, the second groove has a depth from the contact layer to the substrate. Further, when patterning the insulating film, a part of the insulating film in the second groove may be removed to expose a part of the substrate. In this case, the region of the substrate exposed by the insulating film is cut.

本発明によれば、外周溝によって露出されたパッド形成領域の側面および表面のすべての領域が絶縁膜によって覆われているため、パッド形成領域表面のコンタクト層が外部からの水分や湿気の影響を受けることがなくなる。これにより、コンタクト層が変性または腐食し、それに伴いコンタクト層上の絶縁層が剥離したり、電極配線が断線することが防止される。本発明に係る面発光型半導体レーザ装置を高温高湿の環境下で使用する場合、必ずしも樹脂やキャンで封止する必要はないため、面発光型半導体レーザ装置を小型化し、かつコストを低減することが可能である。   According to the present invention, the side surface and the entire surface of the pad forming region exposed by the outer peripheral groove are covered with the insulating film, so that the contact layer on the surface of the pad forming region is affected by moisture and moisture from the outside. You will not receive it. Thereby, the contact layer is denatured or corroded, and accordingly, the insulating layer on the contact layer is prevented from peeling off or the electrode wiring is prevented from being disconnected. When the surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention is used in a high-temperature and high-humidity environment, it is not always necessary to seal the surface-emitting type semiconductor laser device with a resin or a can. It is possible.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、複数のVCSELが形成されたウエハの平面図を示し、図2は本発明の第1の実施例に係るVCSELの平面図、図3は図2のA−A線断面図である。ウエハWには、図1に示すように、複数のVCSEL100が形成され、各VCSEL100は、スクライブライン(またはダイシング面)Sに沿ってスクライブ装置またはダイシング装置より矩形状に切断される。   FIG. 1 is a plan view of a wafer on which a plurality of VCSELs are formed, FIG. 2 is a plan view of the VCSEL according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. . As shown in FIG. 1, a plurality of VCSELs 100 are formed on the wafer W, and each VCSEL 100 is cut along a scribe line (or dicing surface) S into a rectangular shape by a scribe device or a dicing device.

VCSEL100は、図2および図3に示すように、n型のGaAs基板102の裏面にn側電極150を含み、さらに基板102上に、n型のGaAsバッファ層104、n型のAlGaAsの半導体多層膜からなる下部DBR(Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ型反射鏡)106、活性領域108、p型のAlAsからなる電流狭窄層110、p型のAlGaAsの半導体多層膜からなる上部DBR112、p型のGaAsコンタクト層114を含む半導体層が積層されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the VCSEL 100 includes an n-side electrode 150 on the back surface of an n-type GaAs substrate 102, and an n-type GaAs buffer layer 104 and an n-type AlGaAs semiconductor multilayer on the substrate 102. Lower DBR (Distributed Bragg Reflector) 106 made of film, active region 108, current confinement layer 110 made of p-type AlAs, upper DBR 112 made of p-type AlGaAs semiconductor multilayer film, p-type GaAs A semiconductor layer including the contact layer 114 is stacked.

基板102には、半導体層をエッチングして形成されたリング状の溝116が形成されている。溝116は、コンタクト層114から下部DBR106の一部に到達する深さを有し、溝116により、レーザ光の発光部である円筒状のポストPが規定されている。ポストPは、下部DBR106と上部DBR112により共振器構造を形成し、これらの間に、活性領域108および電流狭窄層110を介在させている。電流狭窄層110は、ポストPの側面において露出されたAlAsを選択的に酸化させた酸化領域と酸化領域によって包囲された導電性領域を含み、導電性領域内に電流および光の閉じ込めを行う。   In the substrate 102, a ring-shaped groove 116 formed by etching the semiconductor layer is formed. The groove 116 has a depth that reaches a part of the lower DBR 106 from the contact layer 114, and the groove 116 defines a cylindrical post P that is a laser light emitting part. The post P forms a resonator structure with the lower DBR 106 and the upper DBR 112, and the active region 108 and the current confinement layer 110 are interposed therebetween. The current confinement layer 110 includes an oxidized region obtained by selectively oxidizing AlAs exposed on the side surface of the post P and a conductive region surrounded by the oxidized region, and confines current and light in the conductive region.

基板上にはさらに、溝116によってポストPと隔てられたパッド形成領域118が形成されている。パッド形成領域118は、ポストPと同一の半導体層を含むものであり、パッド形成領域118の外縁には、ダイシング領域に対応する外周溝140が形成されている。外周溝140は、コンタクト層114から基板102の表面または基板102の一部にまで到達する深さを有している。外周溝140は、一定の幅を有し、この幅はダイシング装置のカーフ幅よりも大きく、基板102はダイシングSで切断される。 A pad forming region 118 separated from the post P by a groove 116 is further formed on the substrate. The pad forming region 118 includes the same semiconductor layer as the post P, and an outer peripheral groove 140 corresponding to the dicing region is formed on the outer edge of the pad forming region 118. The outer peripheral groove 140 has a depth that reaches the surface of the substrate 102 or a part of the substrate 102 from the contact layer 114. The outer circumferential groove 140 has a certain width, which is larger than the kerf width of the dicing apparatus, and the substrate 102 is cut at the dicing surface S.

溝116および外周溝140を覆う基板全面に層間絶縁膜120が形成されている。すなわち、層間絶縁膜120は、ポストPの表面、溝116により露出されたポストPの側面、溝116、溝116によって露出されたパッド形成領域118の側面、パッド形成領域118の表面、さらに外周溝140によって露出されたパッド形成領域118の側面を覆っている。層間絶縁膜120は、所定のマスクを用いてパターニングされ、ポストP頂部の層間絶縁膜120にはリング状のコンタクトホールが形成され、コンタクト層114を露出させている。さらに、層間絶縁膜120は、外周溝140の底部において基板102を露出するようにパターニングされている。基板の露出された領域は、ダイシングされる領域102aとなる。   An interlayer insulating film 120 is formed on the entire surface of the substrate covering the groove 116 and the outer peripheral groove 140. That is, the interlayer insulating film 120 includes the surface of the post P, the side surface of the post P exposed by the groove 116, the groove 116, the side surface of the pad forming region 118 exposed by the groove 116, the surface of the pad forming region 118, and the outer peripheral groove. The side surface of the pad forming region 118 exposed by 140 is covered. The interlayer insulating film 120 is patterned using a predetermined mask, and a ring-shaped contact hole is formed in the interlayer insulating film 120 at the top of the post P to expose the contact layer 114. Further, the interlayer insulating film 120 is patterned so as to expose the substrate 102 at the bottom of the outer peripheral groove 140. The exposed region of the substrate becomes a region 102a to be diced.

ポストPの頂部には、層間絶縁膜120を介してp側の上部電極130が形成され、上部電極130は、コンタクトホールを介してコンタクト層114にオーミック接続されている。上部電極130の中央には、レーザ光の出射領域を規定する円形状の開口132が形成されている。開口132は、レーザ光の出射窓を規定し、出射窓は層間絶縁膜120によって塞がれ、GaAsコンタクト層114が外部に露出されないように保護されている。また、パッド形成領域118には、層間絶縁膜120を介して円形状の電極パッド134が形成されている。電極パッド134は、溝116を延在する電極配線136を介してp側の上部電極130に接続されている。   A p-side upper electrode 130 is formed on the top of the post P via an interlayer insulating film 120, and the upper electrode 130 is ohmically connected to the contact layer 114 via a contact hole. In the center of the upper electrode 130, a circular opening 132 that defines a laser light emission region is formed. The opening 132 defines a laser light emission window, which is blocked by the interlayer insulating film 120 and protected so that the GaAs contact layer 114 is not exposed to the outside. A circular electrode pad 134 is formed in the pad forming region 118 with an interlayer insulating film 120 interposed therebetween. The electrode pad 134 is connected to the p-side upper electrode 130 through an electrode wiring 136 extending through the groove 116.

VCSEL100を駆動する場合、p側の上部電極130およびn側の下部電極150に順方向バイアス電圧が印加され、活性領域108で発生されたレーザ光が開口132から基板102とほぼ垂直方向に出射される。   When the VCSEL 100 is driven, a forward bias voltage is applied to the p-side upper electrode 130 and the n-side lower electrode 150, and the laser light generated in the active region 108 is emitted from the opening 132 in a direction substantially perpendicular to the substrate 102. The

本実施例のVCSEL100では、外周溝140によって露出されたパッド形成領域118の側面およびその表面を層間絶縁膜120により覆い、エピタキシャル成長されたGaAsおよびAlGaAsを露出させないことにより、高信頼性の動作を実現することができる。特に、高温高湿の環境下で駆動する場合、コンタクト層114が外部の水分や湿気から遮蔽され、かつパッド形成領域118の側面に電流通路が形成されないため、コンタクト層114が湿気や水分により変成し、または腐食することが防止され、層間絶縁膜120の密着性の低下や、層間絶縁膜120の剥離が防止され、また電極配線136が断線することが防止される。なお、基板102は、ダイシング面Sにより露出されるが、基板102は、エピタキシャル成長された半導体層と比較して耐湿性が高いため、必ずしも保護膜により覆う必要はない。但し、本発明は、ダイシング面Sを保護膜により覆うことを妨げるものではない。   In the VCSEL 100 of this embodiment, the side surface and the surface of the pad formation region 118 exposed by the outer peripheral groove 140 are covered with the interlayer insulating film 120, and the epitaxially grown GaAs and AlGaAs are not exposed, thereby realizing a highly reliable operation. can do. In particular, when driving in a high temperature and high humidity environment, the contact layer 114 is shielded from external moisture and moisture, and no current path is formed on the side surface of the pad formation region 118. In other words, the corrosion of the interlayer insulating film 120 is prevented, the interlayer insulating film 120 is prevented from being peeled off, the interlayer insulating film 120 is prevented from being peeled off, and the electrode wiring 136 is prevented from being disconnected. Although the substrate 102 is exposed by the dicing surface S, the substrate 102 is not necessarily necessarily covered with a protective film because the substrate 102 has higher moisture resistance than an epitaxially grown semiconductor layer. However, the present invention does not prevent the dicing surface S from being covered with the protective film.

次に、本発明の第2の実施例について図4を参照して説明する。第2の実施例に係るVCSELは、1×4のマルチスポットタイプのVCSELアレイである。VCSEL100aは、同図に示すように、基板102上は、4つのポストPを直線状に配置している。各ポストPは、溝116によって取り囲まれている。溝116より隔てられたパッド形成領域118には、ポストPの上部電極130に接続された配線電極136と電極パッド134が形成されている。パッド形成領域118の外縁には、4つのポストP、配線電極136、および電極パッド134を取り囲むように矩形状の外周溝140が形成されている。第2の実施例においても、外周溝140によって露出されたパッド形成領域118の側面および表面を層間絶縁膜120で覆うことで、コンタクト層114の露出を完全に防ぎ、かつチップ側面の電流経路の生成を防いでいる。なお、アレイ上に形成されるポストの数は、4つに限るものではなく、さらにはポストが2次状に配列されたアレイであってもよい。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The VCSEL according to the second embodiment is a 1 × 4 multi-spot type VCSEL array. As shown in the figure, the VCSEL 100a has four posts P arranged in a straight line on the substrate 102. Each post P is surrounded by a groove 116. A wiring electrode 136 and an electrode pad 134 connected to the upper electrode 130 of the post P are formed in the pad forming region 118 separated from the groove 116. A rectangular outer peripheral groove 140 is formed on the outer edge of the pad forming region 118 so as to surround the four posts P, the wiring electrode 136, and the electrode pad 134. Also in the second embodiment, the side surface and the surface of the pad forming region 118 exposed by the outer peripheral groove 140 are covered with the interlayer insulating film 120, thereby completely preventing the contact layer 114 from being exposed, and the current path on the side surface of the chip. Generation is prevented. The number of posts formed on the array is not limited to four, and may be an array in which the posts are arranged in a secondary shape.

次に、第1の実施例に係るVCSELの製造方法について図5ないし図7を参照して説明する。先ず、図5(a)に示すように、有機金属気相成長(MOCVD)法により、n型がGaAs基板102上に、キャリア濃度1×1018cm-3、膜厚0.2μm程度のn型GaAsバッファ層104を積層し、その上に、Al0.9Ga0.1AsとAl0.3Ga0.7Asとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の1/4となるように交互に40.5周期積層したキャリア濃度1×1018cm-3で総膜厚が約4μmとなる下部n型DBR106、アンドープ下部Al0.5Ga0.5Asスぺーサー層とアンドープ量子井戸活性層(膜厚90nm、Al0.11Ga0.89As量子井戸層3層と膜厚50nm、Al0.3Ga0.7As障壁層4層とで構成されている)とアンドープ上部Al0.5Ga0.5Asスぺーサー層とで構成された膜厚が媒質内波長となる活性領域108、p型のAlAs層110、その上にAl0.9Ga0.1AsとAl0.3Ga0.7Asとをそれぞれの膜厚が媒質内波長の1/4となるように交互に30周期積層したキャリア濃度1×1018cm-3、総膜厚が約2μmとなる上部p型DBR112、キャリア濃度1×1019cm-3となる膜厚10nm程のp型のGaAsコンタクト層114を順次積層する。原料ガスとしては、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アルシン、ドーパント材料としてはp型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、n型用にシランを用い、成長時の基板温度は750℃とし、真空を破ることなく、原料ガスを順次変化し、連続して成膜を行った。また、詳しくは述べないが、DBRの電気的抵抗を下げるために、Al0.9Ga0.1AsとAl0.3Ga0.7Asの界面にAl組成を90%から30%に段階的に変化させた膜厚が9nm程度の領域を設けることも可能である。 Next, a VCSEL manufacturing method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 5A, an n-type n-type substrate having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 and a film thickness of about 0.2 μm is formed on the GaAs substrate 102 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). A type GaAs buffer layer 104 is laminated, and Al 0.9 Ga 0.1 As and Al 0.3 Ga 0.7 As are alternately laminated thereon for 40.5 periods so that each film thickness becomes 1/4 of the wavelength in the medium. Lower n-type DBR 106 having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 and a total film thickness of about 4 μm, an undoped lower Al 0.5 Ga 0.5 As spacer layer and an undoped quantum well active layer (thickness 90 nm, Al 0.11 Ga 0.89 As 3 layers of quantum well layers and a film thickness of 50 nm, 4 layers of Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer) and a film thickness of undoped upper Al 0.5 Ga 0.5 As spacer layer An active region 108, Type AlAs layer 110, a carrier concentration of 1 × 10 18 to on the respective film thicknesses and Al 0.9 Ga 0.1 As and Al 0.3 Ga 0.7 As thereon were alternately 30 periodically laminated so that 1/4 of the wavelength in the medium An upper p-type DBR 112 having a cm −3 and a total film thickness of about 2 μm and a p-type GaAs contact layer 114 having a thickness of about 10 nm and a carrier concentration of 1 × 10 19 cm −3 are sequentially stacked. The source gas is trimethylgallium, trimethylaluminum, arsine, the dopant material is cyclopentadinium magnesium for p-type, and silane for n-type. The substrate temperature during growth is 750 ° C. without breaking the vacuum. Then, the source gas was changed sequentially, and the film was formed continuously. Although not described in detail, in order to reduce the electrical resistance of the DBR, the film thickness obtained by gradually changing the Al composition from 90% to 30% at the interface between Al 0.9 Ga 0.1 As and Al 0.3 Ga 0.7 As is shown. It is also possible to provide a region of about 9 nm.

次に、図5(b)に示すように、フォトリソ工程により結晶成長層上にレジストマスクRを形成し、塩素あるいは塩素および三塩化ホウ素をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングにより下部DBR106の途中までエッチングし、図5(c)に示すように、環状の溝116を形成する。これにより、10〜30μm程度の径の円柱もしくは角柱の半導体柱(ポスト)Pと、その周囲にパッド形成領域118を形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, a resist mask R is formed on the crystal growth layer by a photolithography process, and a reactive ion etching using chlorine or chlorine and boron trichloride as an etching gas is performed in the middle of the lower DBR 106. Etching is performed until an annular groove 116 is formed as shown in FIG. As a result, a cylindrical or prismatic semiconductor pillar (post) P having a diameter of about 10 to 30 μm and a pad forming region 118 are formed around the semiconductor pillar (post) P.

レジストRを除去した後、図6(d)に示すように、フォトリソ工程によりレジストマスクR1を形成し、塩素あるいは塩素および三塩化ホウ素をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング、あるいは硫酸および過酸化水素水をエッチャントとして、パッド形成領域118の外縁に外周溝140を形成する。外周溝140は、基板102にまで達し、基板102の一部がダイシング領域102aとして露出される。   After removing the resist R, as shown in FIG. 6D, a resist mask R1 is formed by a photolithography process, and reactive ion etching using chlorine or chlorine and boron trichloride as an etching gas, or sulfuric acid and peroxide. An outer peripheral groove 140 is formed on the outer edge of the pad forming region 118 using hydrogen water as an etchant. The outer peripheral groove 140 reaches the substrate 102, and a part of the substrate 102 is exposed as a dicing region 102a.

次に、図6(e)に示すように、レジストマスクR1を除去した後、例えば340℃の水蒸気雰囲気に基板を一定時間晒し、酸化処理を行う。電流狭窄層110を構成するAlAs層は、同じくその一部を構成するAl0.9Ga0.1As層やAl0.3Ga0.7As層と比べ著しく酸化速度が速いため、ポストPの側面からポスト形状を反映した酸化領域110aが形成され、酸化されずに残った非酸化領域が電流注入領域あるいは導電領域となる。 Next, as shown in FIG. 6E, after removing the resist mask R1, the substrate is exposed to a steam atmosphere at, for example, 340 ° C. for a certain period of time to perform an oxidation treatment. Since the AlAs layer constituting the current confinement layer 110 has a significantly faster oxidation rate than the Al 0.9 Ga 0.1 As layer and Al 0.3 Ga 0.7 As layer that also constitute a part thereof, the post shape is reflected from the side surface of the post P. The oxidized region 110a is formed, and the non-oxidized region remaining without being oxidized becomes a current injection region or a conductive region.

次に、図6(f)に示すように、プラズマCVD装置を用いて、溝116および外周溝140を含む基板全面にSiNからなる層間絶縁膜120を蒸着する。その後、図7(g)に示すように、通常のフォトリソ工程と六フッ化硫黄をエッチングガスを用いて層間絶縁膜をエッチングし、ポストPの頂部の層間絶縁膜120にリング状のコンタクトホール120aを形成し、コンタクト層114を露出させ、同時に、外周溝140内において基板102を覆う層間絶縁膜120を除去し、ダイシング領域102aを露出させる。   Next, as shown in FIG. 6F, an interlayer insulating film 120 made of SiN is deposited on the entire surface of the substrate including the groove 116 and the outer peripheral groove 140 using a plasma CVD apparatus. After that, as shown in FIG. 7G, the interlayer insulating film is etched using a normal photolithography process and sulfur hexafluoride etching gas to form a ring-shaped contact hole 120a in the interlayer insulating film 120 at the top of the post P. The contact layer 114 is exposed, and at the same time, the interlayer insulating film 120 covering the substrate 102 in the outer peripheral groove 140 is removed to expose the dicing region 102a.

次に、フォトリソ工程を用いてポストPの頂部およびパッド形成領域118にレジストパターンを形成し、その上方からEB蒸着機を用いて、p側電極材料としてAuを基板全面に100〜1000nm、望ましくは600nm蒸着する。次に、レジストパターンを剥離し、この時、レジストパターン上のAuが取り除かれ、上部電極130、電極パッド134および配線電極136が完成する。上部電極130の中央には、電流狭窄層110の開口と整合する開口132が形成される。p側電極のない部分、すなわちポスト中央部からレーザ光が出射されるが、この出射口径は3〜20μmぐらいが好ましい。基板裏面には、n側電極としてAu/Geが蒸着される。   Next, a resist pattern is formed on the top of the post P and the pad formation region 118 using a photolithography process, and Au is used as the p-side electrode material from 100 to 1000 nm on the entire surface of the substrate by using an EB vapor deposition device from above. Evaporate 600 nm. Next, the resist pattern is peeled off. At this time, Au on the resist pattern is removed, and the upper electrode 130, the electrode pad 134, and the wiring electrode 136 are completed. In the center of the upper electrode 130, an opening 132 that matches the opening of the current confinement layer 110 is formed. Laser light is emitted from the portion without the p-side electrode, that is, the central portion of the post, and the exit diameter is preferably about 3 to 20 μm. Au / Ge is deposited on the back surface of the substrate as an n-side electrode.

その後、アニール温度250℃〜500℃、望ましくは300℃〜400℃で10分間アニールを行う。尚、アニール時間は10分に限定されるわけではなく、0〜30分の間であればよい。また、蒸着方法としてEB蒸着機に限定されるものではなく、抵抗加熱法、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、CVD法を用いてもよい。また、アニール方法として通常の電気炉を用いた熱アニールに限定されるものではなく、赤外線によるフラッシュアニールやレーザアニール、高周波加熱、電子ビームによるアニール、ランプ加熱によるアニールにより、同等の効果を得ることも可能である。   Thereafter, annealing is performed at an annealing temperature of 250 ° C. to 500 ° C., desirably 300 ° C. to 400 ° C. for 10 minutes. The annealing time is not limited to 10 minutes, and may be between 0 and 30 minutes. Further, the deposition method is not limited to the EB deposition machine, and a resistance heating method, a sputtering method, a magnetron sputtering method, and a CVD method may be used. Also, the annealing method is not limited to thermal annealing using a normal electric furnace, and the same effect can be obtained by flash annealing using infrared rays, laser annealing, high-frequency heating, electron beam annealing, and lamp heating annealing. Is also possible.

最後に、基板のダイシング面Sすなわち露出領域102aに沿って基板が切断され、個々のVCSELチップ100を得ることができる。   Finally, the substrate is cut along the dicing surface S of the substrate, that is, the exposed region 102a, and individual VCSEL chips 100 can be obtained.

なお、上記製造方法は、好ましい一例であって、必ずしもこれに限定されるものではない。電流狭窄層の酸化工程は、外周溝140の形成後に行うようにしたが、これに限らず、溝116の形成後であって外周溝140の形成前に行うようにしてもよい。   In addition, the said manufacturing method is a preferable example, Comprising: It is not necessarily limited to this. Although the current confining layer oxidation step is performed after the outer peripheral groove 140 is formed, the present invention is not limited thereto, and may be performed after the formation of the groove 116 and before the outer peripheral groove 140 is formed.

図8は、VCSELアレイのチップが実装された半導体レーザ装置のパッケージ(モジュール)例を示す概略断面を示す図である。パッケージ300では、金属ステム330上のサブマウント320上に、VCSELアレイが形成されたチップ310が固定されている。導電性のリード340、342は、ステム330の貫通孔(図示省略)内に挿入され、一方のリード340は、チップ310の裏面に形成されたn側の下部電極150に電気的に接続され、他方のリード342は、チップ310の上面に形成された電極パッド134にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of a package (module) of a semiconductor laser device on which a chip of a VCSEL array is mounted. In the package 300, a chip 310 on which a VCSEL array is formed is fixed on a submount 320 on a metal stem 330. The conductive leads 340 and 342 are inserted into through holes (not shown) of the stem 330, and one lead 340 is electrically connected to the n-side lower electrode 150 formed on the back surface of the chip 310, The other lead 342 is electrically connected to an electrode pad 134 formed on the upper surface of the chip 310 via a bonding wire or the like.

キャップ350の出射窓352内にボールレンズ360が固定されている。ボールレンズ360の光軸は、上部電極130の開口132のほぼ中心と一致するように位置決めされる。また、チップ310とボールレンズ360との距離は、チップ310からのレーザ光の放射角度θ内にボールレンズ360が含まれるように調整される。リード340、342間に順方向の電圧が印加されると、チップ310からレーザ光が出射され、ボールレンズ360を介して外部へ出力される。なお、キャップ内に、VCSELの発光状態をモニターするための受光素子を含ませるようにしてもよい。   A ball lens 360 is fixed in the exit window 352 of the cap 350. The optical axis of the ball lens 360 is positioned so as to coincide with the approximate center of the opening 132 of the upper electrode 130. Further, the distance between the chip 310 and the ball lens 360 is adjusted so that the ball lens 360 is included within the radiation angle θ of the laser beam from the chip 310. When a forward voltage is applied between the leads 340 and 342, laser light is emitted from the chip 310 and output to the outside through the ball lens 360. Note that a light receiving element for monitoring the light emission state of the VCSEL may be included in the cap.

図9は、さらに他のパッケージの構成を示す図であり、好ましくは、後述する空間伝送システムに使用される。同図に示すパッケージ302は、ボールレンズ360を用いる代わりに、キャップ350の中央の出射窓352内に平板ガラス362を固定している。平板ガラス362の中心は、チップ310のほぼ中心と一致するように位置決めされる。チップ310と平板ガラス362との距離は、平板ガラス362の開口径がチップ310からのレーザ光の放射角度θ以上になるように調整されている。   FIG. 9 is a diagram showing the configuration of still another package, and is preferably used in a spatial transmission system described later. In the package 302 shown in the drawing, a flat glass 362 is fixed in an emission window 352 at the center of the cap 350 instead of using the ball lens 360. The center of the flat glass 362 is positioned so as to substantially coincide with the center of the chip 310. The distance between the chip 310 and the flat glass 362 is adjusted so that the opening diameter of the flat glass 362 is not less than the radiation angle θ of the laser beam from the chip 310.

図10は、図8に示すパッケージまたはモジュールを光送信装置に適用したときの構成を示す断面図である。光送信装置400は、ステム330に固定された円筒状の筐体410と、筐体410の端面に一体に形成されたスリーブ420と、スリーブ420の開口422内に保持されるフェルール430と、フェルール430によって保持される光ファイバ440とを含んで構成される。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration when the package or module shown in FIG. 8 is applied to an optical transmitter. The optical transmission device 400 includes a cylindrical housing 410 fixed to the stem 330, a sleeve 420 integrally formed on an end surface of the housing 410, a ferrule 430 held in the opening 422 of the sleeve 420, a ferrule And an optical fiber 440 held by 430.

ステム330の円周方向に形成されたフランジ332には、筐体410の端部が固定される。フェルール430は、スリーブ420の開口422に正確に位置決めされ、光ファイバ440の光軸がボールレンズ360の光軸に整合される。フェルール430の貫通孔432内に光ファイバ440の芯線が保持されている。   An end of the housing 410 is fixed to a flange 332 formed in the circumferential direction of the stem 330. The ferrule 430 is accurately positioned in the opening 422 of the sleeve 420 and the optical axis of the optical fiber 440 is aligned with the optical axis of the ball lens 360. The core wire of the optical fiber 440 is held in the through hole 432 of the ferrule 430.

チップ310の表面から出射されたレーザ光は、ボールレンズ360によって集光され、集光された光は、光ファイバ440の芯線に入射され、送信される。上記例ではボールレンズ360を用いているが、これ以外にも両凸レンズや平凸レンズ等の他のレンズを用いることができる。さらに、光送信装置400は、リード340、342に電気信号を印加するための駆動回路を含むものであってもよい。さらに、光送信装置400は、光ファイバ440を介して光信号を受信するための受信機能を含むものであってもよい。   The laser light emitted from the surface of the chip 310 is collected by the ball lens 360, and the collected light is incident on the core wire of the optical fiber 440 and transmitted. Although the ball lens 360 is used in the above example, other lenses such as a biconvex lens and a plano-convex lens can be used. Further, the optical transmission device 400 may include a drive circuit for applying an electrical signal to the leads 340 and 342. Furthermore, the optical transmission device 400 may include a reception function for receiving an optical signal via the optical fiber 440.

図11は、図9に示すパッケージを空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。空間伝送システム500は、パッケージ300と、集光レンズ510と、拡散板520と、反射ミラー530とを含んでいる。空間伝送システム500では、パッケージ300に用いられたボールレンズ360を用いる代わりに、集光レンズ510を用いている。集光レンズ510によって集光された光は、反射ミラー530の開口532を介して拡散板520で反射され、その反射光が反射ミラー530へ向けて反射される。反射ミラー530は、その反射光を所定の方向へ向けて反射させ、光伝送を行う。空間伝送の光源の場合には、マルチスポット型のVCSELを用い、高出力を得るようにしてもよい。   FIG. 11 is a diagram showing a configuration when the package shown in FIG. 9 is used in a spatial transmission system. The spatial transmission system 500 includes a package 300, a condenser lens 510, a diffusion plate 520, and a reflection mirror 530. In the spatial transmission system 500, instead of using the ball lens 360 used in the package 300, a condensing lens 510 is used. The light condensed by the condenser lens 510 is reflected by the diffusion plate 520 through the opening 532 of the reflection mirror 530, and the reflected light is reflected toward the reflection mirror 530. The reflection mirror 530 reflects the reflected light in a predetermined direction and performs optical transmission. In the case of a spatial transmission light source, a multi-spot type VCSEL may be used to obtain a high output.

図12は、VCSELを光源に利用した光伝送システムの一構成例を示す図である。光伝送システム600は、VCSELが形成されたチップ310を含む光源610と、光源610から放出されたレーザ光の集光などを行う光学系620と、光学系620から出力されたレーザ光を受光する受光部630と、光源610の駆動を制御する制御部640とを有する。制御部640は、VCSELを駆動するための駆動パルス信号を光源610に供給する。光源610から放出された光は、光学系620を介し、光ファイバや空間伝送用の反射ミラーなどにより受光部630へ伝送される。受光部630は、受光した光をフォトディテクターなどによって検出する。受光部630は、制御信号650により制御部640の動作(例えば光伝送の開始タイミング)を制御することができる。   FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of an optical transmission system using a VCSEL as a light source. The optical transmission system 600 receives a light source 610 including a chip 310 on which a VCSEL is formed, an optical system 620 that collects laser light emitted from the light source 610, and the laser light output from the optical system 620. A light receiving unit 630 and a control unit 640 that controls driving of the light source 610 are included. The control unit 640 supplies a drive pulse signal for driving the VCSEL to the light source 610. Light emitted from the light source 610 is transmitted to the light receiving unit 630 via an optical system 620 by an optical fiber, a reflection mirror for spatial transmission, or the like. The light receiving unit 630 detects the received light with a photodetector or the like. The light receiving unit 630 can control the operation of the control unit 640 (for example, the start timing of optical transmission) by the control signal 650.

次に、光伝送システムに利用される光伝送装置の構成について説明する。図13は、光伝送装置の外観構成を示し、図14はその内部構成を模式的に示している。光伝送装置700は、ケース710、光信号送信/受信コネクタ接合部720、発光/受光素子730、電気信号ケーブル接合部740、電源入力部750、動作中を示すLED760、異常発生を示すLED770、DVIコネクタ780、送信回路基板/受信回路基板790を有している。   Next, the configuration of an optical transmission device used in the optical transmission system will be described. FIG. 13 shows an external configuration of the optical transmission apparatus, and FIG. 14 schematically shows an internal configuration thereof. The optical transmission device 700 includes a case 710, an optical signal transmission / reception connector joint 720, a light emitting / receiving element 730, an electric signal cable joint 740, a power input unit 750, an LED 760 indicating that an operation is in progress, an LED 770 indicating occurrence of an abnormality, and a DVI. A connector 780 and a transmission circuit board / reception circuit board 790 are provided.

光伝送装置700を用いた映像伝送システムを図15および図16に示す。これらの図において、映像伝送システム800は、映像信号発生装置810で発生された映像信号を、液晶ディスプレイなどの画像表示装置820に伝送するため、図15に示す光伝送装置を利用している。すなわち、映像伝送システム800は、映像信号発生装置810、画像表示装置820、DVI用電気ケーブル830、送信モジュール840、受信モジュール850、映像信号伝送光信号用コネクタ860、光ファイバ870、制御信号用ケーブルコネクタ880、電源アダプタ890、DVI用電気ケーブル900を含んでいる。   A video transmission system using the optical transmission apparatus 700 is shown in FIGS. In these drawings, the video transmission system 800 uses the optical transmission device shown in FIG. 15 to transmit the video signal generated by the video signal generation device 810 to the image display device 820 such as a liquid crystal display. That is, the video transmission system 800 includes a video signal generation device 810, an image display device 820, a DVI electric cable 830, a transmission module 840, a reception module 850, a video signal transmission optical signal connector 860, an optical fiber 870, and a control signal cable. A connector 880, a power adapter 890, and an electric cable 900 for DVI are included.

上記映像伝送システムでは、映像信号発生装置810と送信モジュール840、および受信モジュール850と画像表示装置820の間を電気ケーブル830、900による電気信号の伝送としたが、これらの間の伝送を光信号により行うことも可能である。例えば、電気−光変換回路および光−電気変換回路をコネクタに含む信号送信用ケーブルを電気ケーブル830、900の代わりに用いるようにしてもよい。   In the video transmission system described above, electrical signals are transmitted between the video signal generation device 810 and the transmission module 840, and between the reception module 850 and the image display device 820 using the electrical cables 830 and 900. Transmission between these signals is an optical signal. It is also possible to do this. For example, a signal transmission cable including an electrical / optical conversion circuit and an optical / electrical conversion circuit in a connector may be used instead of the electrical cables 830 and 900.

本発明に係る面発光型半導体レーザ装置は、光情報処理や光高速データ通信の分野で利用することができる。   The surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention can be used in the fields of optical information processing and optical high-speed data communication.

VCSELが形成されたウエハを示す図である。It is a figure which shows the wafer in which VCSEL was formed. 本発明の第1の実施例に係るVCSELの平面図である。It is a top view of VCSEL concerning the 1st example of the present invention. 図2のA−A線線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 本発明の第2の実施例に係るVCSELを示す図である。It is a figure which shows VCSEL which concerns on the 2nd Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るVCSELの製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of VCSEL which concerns on the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るVCSELの製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of VCSEL which concerns on the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るVCSELの製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of VCSEL which concerns on the 1st Example of this invention. VCSELが形成された半導体チップを実装したパッケージの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the package which mounted the semiconductor chip in which VCSEL was formed. 他のパッケージの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of another package. 図8に示すパッケージを用いた光送信装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the optical transmitter using the package shown in FIG. 図9に示すパッケージを空間伝送システムに用いたときの構成を示す図である。It is a figure which shows a structure when the package shown in FIG. 9 is used for a spatial transmission system. 光伝送システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an optical transmission system. 光伝送装置の外観構成を示す図である。It is a figure which shows the external appearance structure of an optical transmission apparatus. 光伝送装置の内部構成を示し、図14Aは上面を切り取ったときの内部構造を示し、図14Bは側面を切り取ったときの内部構造を示している。14A shows the internal structure of the optical transmission device, FIG. 14A shows the internal structure when the top surface is cut off, and FIG. 14B shows the internal structure when the side surface is cut off. 図13の光伝送装置を利用した映像伝送システムを示す図である。It is a figure which shows the video transmission system using the optical transmission apparatus of FIG. 図15の映像伝送システムを裏側から示した図である。It is the figure which showed the video transmission system of FIG. 15 from the back side. 従来のVCSELを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional VCSEL. 従来のVCSELを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional VCSEL.

符号の説明Explanation of symbols

100:VCSEL 102:基板
104:バッファ層 106:下部DBR
108:活性領域 110:電流狭窄層
112:上部DBR 114:コンタクト層
116:溝 118:パッド形成流域
120:層間絶縁膜 130:p側上部電極
132:開口 134:電極パッド
136:配線電極 140:外周溝
150:n側下部電極 P:ポスト
S:ダイシング面
100: VCSEL 102: Substrate 104: Buffer layer 106: Lower DBR
108: Active region 110: Current confinement layer 112: Upper DBR 114: Contact layer 116: Groove 118: Pad formation basin 120: Interlayer insulating film 130: P-side upper electrode 132: Opening 134: Electrode pad 136: Wiring electrode 140: Outer periphery Groove 150: n-side lower electrode P: post S: dicing surface

Claims (18)

基板上に、少なくとも第1導電型の第1の半導体多層膜、活性領域、第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第2導電型の第2の半導体多層膜、及びコンタクト層を含む半導体層が積層され、レーザ光を出射する発光部とパッド形成領域とが前記半導体層に形成された溝によって分離された面発光型半導体レーザ装置であって、
前記パッド形成領域の外縁に、前記半導体層をエッチングし基板に至る深さを有する外周溝が形成され、前記外周溝によって露出されたパッド形成領域の側面およびパッド形成領域の表面が絶縁膜によって覆われ、前記絶縁膜は、前記外周溝の底面において基板を露出させるようにパターニングされている、面発光型半導体レーザ装置。
A semiconductor including at least a first semiconductor multilayer film of a first conductivity type, an active region, a second semiconductor multilayer film of a second conductivity type constituting a resonator together with the first semiconductor multilayer film, and a contact layer on a substrate A surface-emitting type semiconductor laser device in which layers are stacked, and a light emitting part that emits laser light and a pad forming region are separated by a groove formed in the semiconductor layer,
An outer peripheral groove having a depth reaching the substrate by etching the semiconductor layer is formed at the outer edge of the pad forming area, and the side surface of the pad forming area exposed by the outer peripheral groove and the surface of the pad forming area are covered with an insulating film. The surface emitting semiconductor laser device , wherein the insulating film is patterned to expose the substrate at the bottom surface of the outer peripheral groove .
前記外周溝は、前記半導体層をエッチングすることにより前記コンタクト層から前記基板に至る連続した側面および底面の深さを有する、請求項1に記載の面発光型半導体レーザ装置。 2. The surface-emitting type semiconductor laser device according to claim 1, wherein the outer circumferential groove has continuous side and bottom depths from the contact layer to the substrate by etching the semiconductor layer . 前記コンタクト層は、前記第2の半導体多層膜の全面を覆うように形成される、請求項1または2に記載の面発光型半導体レーザ装置。 The surface-emitting type semiconductor laser device according to claim 1, wherein the contact layer is formed so as to cover the entire surface of the second semiconductor multilayer film . 前記外周溝は、基板を切断するときのダイシング領域である、請求項1ないし3いずれか1つに記載の面発光型半導体レーザ装置。 4. The surface emitting semiconductor laser device according to claim 1, wherein the outer circumferential groove is a dicing region when the substrate is cut. 5. 前記絶縁膜は、前記パッド形成領域と同時に、前記発光部および前記溝を覆い、前記発光部の絶縁膜にはコンタクトホールが形成されている、請求項1ないしいずれか1つに記載の面発光型半導体レーザ装置。 The insulating layer, the pad formation region and at the same time, the light emitting portion and covers the grooves, the insulating film of the light emitting portion is formed a contact hole, a surface according to 4 any one claims 1 Light emitting semiconductor laser device. 前記発光部には、レーザ光を出射する開口が形成された金属層が形成され、前記金属層は、前記コンタクトホールを介してコンタクト層に接続されている、請求項に記載の面発光型半導体レーザ装置。 6. The surface-emitting type according to claim 5 , wherein a metal layer having an opening for emitting laser light is formed in the light emitting part, and the metal layer is connected to the contact layer through the contact hole. Semiconductor laser device. 前記第1および第2の半導体多層膜は、Alを含むIII−V族半導体層から構成され、前記コンタクト層はGaAs層から構成される、請求項1ないしいずれか1つに記載の面発光型半導体レーザ装置。 The surface light emission according to any one of claims 1 to 6, wherein the first and second semiconductor multilayer films are made of a group III-V semiconductor layer containing Al, and the contact layer is made of a GaAs layer. Type semiconductor laser device. 前記発光部は、Alを含む半導体層の一部が選択的に酸化された電流狭窄層を含む、請求項に記載の面発光型半導体レーザ装置。 The surface emitting semiconductor laser device according to claim 7 , wherein the light emitting unit includes a current confinement layer in which a part of a semiconductor layer containing Al is selectively oxidized. 前記パッド形成領域には、前記絶縁膜を介して電極パッドが形成され、電極パッドは、金属配線により発光部の金属層に接続されている、請求項1ないしいずれか1つに記載の面発光型半導体レーザ装置。 The surface according to any one of claims 1 to 8 , wherein an electrode pad is formed in the pad formation region via the insulating film, and the electrode pad is connected to a metal layer of the light emitting unit by a metal wiring. Light emitting semiconductor laser device. 請求項1ないしいずれか1つに記載の面発光型半導体レーザ装置と光学部材を実装したモジュール。 Module mounted with a surface-emitting type semiconductor laser device and the optical member according to 9 any one claims 1. 請求項10に記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を光媒体を介して送信する送信手段とを備えた、光送信装置。 An optical transmission device comprising: the module according to claim 10; and a transmission unit configured to transmit a laser beam emitted from the module via an optical medium. 請求項10に記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送装置。 An optical space transmission device comprising: the module according to claim 10; and a transmission unit that spatially transmits light emitted from the module. 請求項10に記載されたモジュールと、モジュールから発せられたレーザ光を送信する送信手段とを備えた、光送信システム。 An optical transmission system comprising: the module according to claim 10; and a transmission unit that transmits a laser beam emitted from the module. 請求項10に記載されたモジュールと、モジュールから発せられた光を空間伝送する伝送手段とを備えた、光空間伝送システム。 An optical space transmission system comprising the module according to claim 10 and a transmission means for spatially transmitting light emitted from the module. 基板上に、少なくとも第1導電型の第1の半導体多層膜、活性領域、第1の半導体多層膜とともに共振器を構成する第2導電型の第2の半導体多層膜、及びコンタクト層を含む半導体層を積層するステップと、
前記半導体層上に第1のマスクパターンを形成し、第1のマスクパターンを用いて前記半導体層をエッチングし、発光部とパッド形成領域とを分離する第1の溝を形成するステップと、
前記半導体層上に第2のマスクパターンを形成し、第2のマスクパターンを用いて前記半導体をエッチングし、基板に至る深さを有するダイシング領域を規定する第2の溝を形成するステップと、
少なくとも第1の溝および第2の溝を含む前記半導体層上に絶縁膜を形成し、第2の溝によって露出されたパッド形成領域の側面およびパッド形成領域の表面を絶縁膜によって覆うステップと、
前記絶縁膜をパターニングし、前記発光部の前記絶縁膜にコンタクトホールを形成するとともに第2の溝の底面において前記基板を露出させるステップと、
前記コンタクトホールを介して前記コンタクト層に接続される上部電極パターンを形成するステップと、
第2の溝の底面において前記絶縁膜から露出された前記基板を切断するステップと、
を有する面発光型半導体レーザ装置の製造方法。
A semiconductor including at least a first semiconductor multilayer film of a first conductivity type, an active region, a second semiconductor multilayer film of a second conductivity type constituting a resonator together with the first semiconductor multilayer film, and a contact layer on a substrate Laminating layers;
Forming a first mask pattern on the semiconductor layer, etching the semiconductor layer using the first mask pattern, and forming a first groove separating a light emitting portion and a pad formation region ;
Forming a second mask pattern on the semiconductor layer , etching the semiconductor layer using the second mask pattern, and forming a second groove defining a dicing region having a depth reaching the substrate ; ,
Forming an insulating film on the semiconductor layer including at least the first groove and the second groove, and covering the side surface of the pad forming region exposed by the second groove and the surface of the pad forming region with the insulating film ;
Patterning the insulating film, forming a contact hole in the insulating film of the light emitting unit and exposing the substrate at the bottom surface of the second groove ;
Forming an upper electrode pattern connected to the contact layer through the contact hole;
Cutting the substrate exposed from the insulating film at the bottom surface of the second groove;
Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser device having
前記第2の溝は、前記半導体層をエッチングすることにより前記コンタクト層から前記基板に至る連続した側面および底面の深さを有する、請求項15に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 15, wherein the second groove has continuous side and bottom depths from the contact layer to the substrate by etching the semiconductor layer . 前記コンタクト層は、前記第2の半導体多層膜の全面を覆うように形成される、請求項15または16に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 15, wherein the contact layer is formed so as to cover the entire surface of the second semiconductor multilayer film . 前記半導体層は、第1および第2の半導体多層膜の間に電流狭窄層を含み、前記製造方法は、第1の溝を形成後に電流狭窄層を酸化するステップを含む、請求項15に記載の製造方法。 The semiconductor layer includes a current confining layer between the first and second semiconductor multilayer film, the manufacturing method includes the step of oxidizing the current confining layer after forming the first grooves, according to claim 15 Manufacturing method.
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