JP5214844B2 - 光半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面に形成され、かつレーザ発振する共振器が形成される多層の半導体層と、
前記多層の半導体層上に形成される導体層を多層に積層した第1の電極と、
前記半導体基板の第1の面の反対面となる第2の面に形成される第2の電極とを有する光半導体素子と、
第1の面に前記光半導体素子の前記第1の電極を固定するための導体層からなる素子固定部を有する支持基板とを有し、
前記支持基板の前記素子固定部に接合材を介して前記光半導体素子の前記第1の電極が接続され、前記接合材と前記第1の電極を構成する前記導体層は相互に反応して反応層を形成してなる光半導体装置であって、
前記半導体基板と前記支持基板との接合は、
前記半導体基板に対して熱膨張係数差が±50%以内での前記支持基板の接合であり、
前記第1の電極の最上層の前記導体層の内側には前記接合材と反応しない第2のバリアメタル層が形成され、前記最上層の前記導体層は前記接合材と反応して前記反応層を形成していることを特徴とする。
前記(1)の手段によれば、前記第1の電極の最上層の前記導体層の内側には前記接合材と反応しない第2のバリアメタル層が形成され、前記最上層の前記導体層と前記接合材は反応して前記反応層を形成する。接合材は前記第2のバリアメタル層と反応しないことから、前記反応層は前記最上層の導体層だけとなる。この結果、反応層の厚さの均一化が可能になる。また、前記最上層の導体層の厚さを均一の厚さに形成しておけば、前記反応層の厚さは均一になる。後述するが、前記最上層の導体層及び前記第2のバリアメタル層は蒸着で形成することから、厚さバラツキは極めて小さく厚さは面内で均一となる。
(1)光半導体装置(半導体レーザ装置)50において、この光半導体装置50に組み込む半導体レーザ素子1は、第1の電極15の最上層のAu層34の下にはAuSn半田と反応しないNiからなる第2のバリアメタル層33が設けられている。また、Au層34は蒸着によって形成されていることからAu層34の厚さ分布は均一であり、厚さバラツキは小さい。従って、半導体レーザチップ1を第1の電極15を支持基板22にAuSn半田で接合すると、第2のバリアメタル層33はAuSn半田と反応しないことから、第1の電極15を構成する最上層のAu層34のみがAuSn半田と反応して反応層25となる。Au層34の厚さバラツキは小さいことから、Au層34をもとに形成される反応層25の厚さバラツキも小さくなる。この結果、反応層25の厚さの不均一による半導体レーザ素子1の表層部分の多層の半導体層13の応力も小さくなり、この多層の半導体層13に形成される共振器(光導波路)14にも不均一でかつ大きな応力は加わらないようになる。従って、光半導体装置50におけるレーザ光の偏光角のバラツキが小さくなり、偏光特性が向上する。
Claims (10)
- 光半導体素子と支持基板とが接合して構成される光半導体装置であって、
前記光半導体素子は、半導体基板と、前記半導体基板の第1の面に形成され、レーザ発振する共振器が形成される多層の半導体層と、第1の電極と、前記第1の面とは反対面に形成された第2の電極と、を有し、
前記支持基板は、前記光半導体素子の前記第1の電極を固定するための、導体層からなる素子固定部と、接合材と、を有し、
前記第1の電極は、導体層を多層に積層したものであり、前記素子固定部に固定される側から順に、第3の導体層、第2のバリアメタル層、第2の導体層、第1のバリアメタル層、第1の導体層で形成されており、
前記第1のバリアメタル層は、前記第2の導体層の材料が、前記第1の導体層および前記多層の半導体層へと拡散することを防止するものであり、
前記第2の導体層は、Auメッキにより形成された厚膜のAu層であり、
前記第3の導体層は、蒸着によって形成され、前記第2の導体層よりも薄い均一な膜厚のAu層であり、
前記第2のバリアメタル層は、前記接合材とは反応せず、
前記接合材と前記第1の電極の前記第3の導体層とが相互に反応して反応層を形成し、前記光半導体素子と前記支持基板とが接合していることを特徴とする光半導体装置。 - 前記光半導体素子の前記多層の半導体層中に活性層が設けられ、
前記活性層と前記半導体基板との間の各半導体層は、第1導電型の半導体層であり、
前記活性層と前記第1の電極との間の各半導体層は、第2導電型の半導体層であることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。 - 前記半導体基板はGaAs基板であり、
前記第1の電極に接触する前記多層の半導体層の最上層はGaAs層であり、前記支持基板はAlN基板であり、
前記第1の電極の前記第3の導体層はAu層であり、
前記第1の電極の前記第2のバリアメタル層はNi層,Pt層,Pd層,Mo層のうちのいずれかの導体層であることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。 - 前記第1の導体層はTi層であり、
前記第1のバリアメタル層はPt層であり、
前記第2のバリアメタル層はNi層またはPt層であることを特徴とする請求項3に記載の光半導体装置。 - 前記光半導体素子は、さらに、絶縁膜を有し、
前記光半導体素子の前記多層の半導体層は、前記半導体基板上に順次積層されるバッファ層,第1クラッド層,活性層,第2クラッド層及びコンタクト層で形成され、
前記コンタクト層から前記第2クラッド層まで到達する2本の分離溝によって、前記2本の分離溝の間にリッジが形成され、
前記リッジの最上層に形成される前記コンタクト層が前記第1の電極に接続され、
前記コンタクト層の前記分離溝に臨む側部には、前記分離溝に向かって徐々に側部の厚さが薄くなるように上面に斜面が設けられ、
前記半導体基板の第1の面側において、
前記リッジの前記分離溝に臨む各側面から、前記分離溝を含みかつ前記分離溝を越えて前記半導体基板側縁に至る部分までが、前記絶縁膜に覆われ、
前記リッジを構成する前記コンタクト層及び前記絶縁膜が、前記第1の導体層に覆われていることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。 - 前記リッジを構成する前記コンタクト層を覆う前記第1の導体層と、前記リッジの側面を覆う前記絶縁膜とは連続して繋がり、
前記リッジを構成する前記コンタクト層の表面は、前記第1の導体層及び前記絶縁膜から露出していないことを特徴とする請求項5に記載の光半導体装置。 - 前記半導体基板はGaAs基板からなり、
前記バッファ層はGaAs層からなり、
前記第1クラッド層はAlGaInP層からなり、
前記活性層はAlGaInP層を障壁層とし、GaInP層を井戸層とする多重量子井戸構造からなり、
前記第2クラッド層はAlGaInP層からなり、
前記コンタクト層はGaAs層からなり、
前記半導体基板の第1の面はGaAs結晶の結晶面(001)に対して傾斜する結晶面となり、
前記コンタクト層の上面側部の前記斜面はGaAs結晶の結晶面(111)であることを特徴とする請求項5に記載の光半導体装置。 - 前記光半導体素子は、さらに、絶縁膜を有し、
前記光半導体素子の前記多層の半導体層は、前記半導体基板上に順次積層されるバッファ層,第1クラッド層,活性層,第1の第2クラッド層,エッチストップ層,第2の第2クラッド層及びコンタクト層で形成され、
前記コンタクト層から前記エッチストップ層まで到達する2本の分離溝によって、前記2本の分離溝の間にリッジが形成され、
前記リッジの最上層に形成される前記コンタクト層が前記第1の電極に接続され、
前記コンタクト層の前記分離溝に臨む側部には、前記分離溝に向かって徐々に側部の厚さが薄くなるように上面に斜面が設けられ、
前記半導体基板の第1の面側において、
前記リッジの前記分離溝に臨む各側面から、前記分離溝を含みかつ前記分離溝を越えて前記半導体基板側縁に至る部分までが、前記絶縁膜に覆われ、
前記リッジを構成する前記コンタクト層及び前記絶縁膜が、前記第1の導体層に覆われていることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。 - 前記半導体基板はGaAs基板からなり、
前記バッファ層はGaAs層からなり、
前記第1クラッド層はAlGaInP層からなり、
前記活性層はAlGaInP層を障壁層とし、GaInP層を井戸層とする多重量子井戸構造からなり、
前記第1の第2クラッド層はAlGaInP層からなり、
前記エッチストップ層はGaInP層からなり、
前記第2の第2クラッド層はAlGaInP層からなり、
前記コンタクト層はGaAs層からなり、
前記半導体基板の第1の面はGaAs結晶の結晶面(001)に対して傾斜する結晶面となり、
前記コンタクト層の上面側部の前記斜面はGaAs結晶の結晶面(111)であることを特徴とする請求項8に記載の光半導体装置。 - 前記第2の導体層の厚さは3μmであり、前記第3の導体層の厚さは0.25μmであることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。
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