JP6627651B2 - レーザ素子、レーザ素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば高速動作させるレーザ素子及びそのレーザ素子の製造方法に関する。
特許文献１には、半導体層にリッジストライプが設けられ、該リッジストライプに沿って両脇に溝部が設けられ、該溝部の上方に形成された金属層と該溝部の底部との間に空洞部を有する窒化物半導体レーザ素子が開示されている。該金属層は、リッジストライプ及び溝部の外側に設けられた丘部に支持されている。
特許文献２には、メサストライプの左右に空隙を形成することが開示されている。空隙の上には絶縁部と絶縁部の上に設けられた電極部がある。
特開２００６−０６６４１１号公報 特開２００７−１７３３９２号公報
特許文献１のレーザ素子では、空洞部の上にある金属層と半導体層との距離が近く、寄生容量がレーザ素子の特性に影響を与える問題があった。特許文献２のレーザ素子では、空隙に絶縁部が垂れ下がってくるおそれがある。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、寄生容量を小さくしつつ、メサストライプの左右の中空部を確保できるレーザ素子とレーザ素子の製造方法を提供することを目的とする。
本願の発明に係るレーザ素子は、ストライプ状に隆起したリッジ部と、該リッジ部に隣接し、該リッジ部を両側から挟み、該リッジ部より高さが低いチャネル部と、該チャネル部の該リッジ部とは反対側に隣接し、該チャネル部より高く形成されたテラス部と、該チャネル部の上に設けられ、該リッジ部の側面と該テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた、樹脂で形成された支持部と、該支持部の上に設けられた第１部分と、該第１部分につながり該チャネル部の上に中空部を介して位置する第２部分とを有する、樹脂で形成された天井部と、該天井部の上に設けられるとともに該リッジ部の上面に接続された金属層と、を備え、該金属層は該テラス部の上に設けられたパッド部を有し、該中空部は、該金属層のうち、該リッジ部の上の部分と、該パッド部との間の部分の下方にあることを特徴とする。
本願の発明に係るレーザ素子の製造方法は、ストライプ状に隆起したリッジ部と、該リッジ部を両側から挟み、該リッジ部より高さが低いチャネル部と、該チャネル部の該リッジ部とは反対側に隣接し、該チャネル部より高く形成されたテラス部と、を有するレーザ構造の該チャネル部の一部に樹脂を形成し、該レーザ構造と該樹脂によって密閉された中空部を形成する工程と、該樹脂の上に該リッジ部の上面に接する金属層を形成する工程と、レジストを用いて該金属層をパターニングする工程と、を備え、該金属層は該テラス部の上に設けられたパッド部を有し、該中空部は、該金属層のうち、該リッジ部の上の部分と、該パッド部との間の部分の下方にあることを特徴とする。
本願の発明に係るレーザ素子の製造方法は、ストライプ状に隆起したリッジ部と、該リッジ部を両側から挟み、該リッジ部より高さが低いチャネル部と、該チャネル部の該リッジ部とは反対側に隣接し、該チャネル部より高く形成されたテラス部と、を有するレーザ構造の該チャネル部の一部に、該リッジ部の側面と該テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた、樹脂で形成された支持部を形成する工程と、該支持部と該リッジ部とに支持された樹脂を材料とする天井部を、ラミネート法又はＳＴＰ法によって形成し、該天井部と該チャネル部の間に中空部を形成する工程と、該天井部の上に該リッジ部の上面に接する金属層を形成する工程と、を備え、該金属層は該テラス部の上に設けられたパッド部を有し、該中空部は、該金属層のうち、該リッジ部の上の部分と、該パッド部との間の部分の下方にあることを特徴とする。
本発明によれば、リッジ部の左右にある溝の上において金属層の下地となる天井部を当該溝中に設けた支持部で支持するので、天井部の垂れ下がりを防止できる。
実施の形態１に係るレーザ素子の断面図である。 レーザ構造等の断面図である。 前駆体等の断面図である。 支持部等の断面図である。 支持部等の平面図である。 支持部等の断面図である。 絶縁膜等の断面図である。 天井部等の断面図である。 天井部の平面図である。 絶縁膜等の断面図である。 金属層等の平面図である。 静電容量を説明するために注釈を加えたレーザ素子の断面図である。 実施の形態２に係るレーザ素子の断面図である。 支持部等の断面図である。 支持部等の断面図である。 絶縁膜等の断面図である。 広い開口が形成された天井部等の断面図である。 絶縁膜等の断面図である。 実施の形態３に係るレーザ素子の断面図である。 支持部等の断面図である。 支持部等の断面図である。 支持部等の平面図である。 絶縁膜等の断面図である。 天井部等の断面図である。 実施の形態４に係るレーザ素子の断面図である。 天井部等の平面図である。 金属層等の平面図である。 小さく形成された支持部等の平面図である。 小さく形成された天井部等の平面図である。 小さく形成された金属層等の平面図である。 実施の形態５に係るレーザ素子の断面図である。 実施の形態６に係るレーザ素子の断面図である。 実施の形態７に係るレーザ素子の支持部等の平面図である。 変形例に係る支持部等の平面図である。 実施の形態８に係る支持部等の平面図である。 天井部等の平面図である。 金属層等の平面図である。
本発明の実施の形態に係るレーザ素子とレーザ素子の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーザ素子の断面図である。このレーザ素子は、ストライプ状に隆起したリッジ部１０ａを備えている。リッジ部１０ａの横には、リッジ部１０ａに隣接し、リッジ部１０ａを両側から挟むチャネル部１０ｂが形成されている。チャネル部１０ｂはリッジ部１０ａより高さが低い。チャネル部１０ｂのリッジ部１０ａとは反対側にはチャネル部１０ｂに隣接するテラス部１０ｃが形成されている。テラス部１０ｃはチャネル部１０ｂより高く形成されている。テラス部１０ｃとリッジ部１０ａの高さは同程度である。リッジ部１０ａ、チャネル部１０ｂ及びテラス部１０ｃをまとめてレーザ構造１０と称する。レーザ構造１０の材料は半導体である。
レーザ構造１０の上面は絶縁膜１２によって覆われている。チャネル部１０ｂの上には樹脂で形成された支持部１３が設けられている。支持部１３は、リッジ部１０ａの側面とテラス部１０ｃの側面の両方から離して設けられている。支持部１３の左右は中空部１５となっている。支持部１３と絶縁膜１２は絶縁膜１４によって覆われている。
レーザ構造１０と支持部１３の上に樹脂で形成された天井部１６が設けられている。天井部１６は、支持部１３の上に設けられた第１部分１６ａと、第１部分１６ａにつながりチャネル部１０ｂの上に中空部１５を介して位置する第２部分１６ｂと、テラス部１０ｃの上に設けられた第３部分１６ｃを有している。第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ及び第３部分１６ｃは一体的に形成されている。
天井部１６の上には絶縁膜１７が形成されている。天井部１６の上には絶縁膜１７を介して金属層１８が設けられている。絶縁膜１２、１４、１７及び天井部１６はリッジ部１０ａの上に開口を有している。そして、金属層１８がこれらの開口を埋めることで、金属層１８はリッジ部１０ａの上面に接続されている。
本発明の実施の形態１に係るレーザ素子の製造方法を説明する。最初の工程はレーザ構造等の断面図である図２を参照して説明する。この工程では、レーザ構造１０を絶縁膜１２で被覆する。その後、リッジ部１０ａの上の絶縁膜１２を開口する。
次いで、レーザ構造１０に感光性樹脂を材料とする前駆体を塗布する。断面図である図３には、前駆体１３Ａが示されている。前駆体１３Ａは、リッジ部１０ａ、チャネル部１０ｂ及びテラス部１０ｃで形成された溝を埋める。
次いで、露光、現像により前駆体１３Ａをパターニングする。断面図である図４には、前駆体をパターニングすることで得られた支持部１３が示されている。図５は、支持部１３等の平面図である。前駆体をパターニングすることで、リッジ部１０ａとテラス部１０ｃから離れた支持部１３と、この支持部１３につながる埋込部３０を形成する。支持部１３はリッジ部１０ａと平行に伸びる部分である。埋込部３０は、チャネル部１０ｂの上に設けられ、平面視で支持部１３の両端に接続している。そして、埋込部３０は、リッジ部１０ａの側面とテラス部１０ｃの側面の両方に接する。したがって埋込部３０は、リッジ部１０ａの横の溝の一部を埋め込むものである。図５には、このような埋込部３０が４つ示されている。埋込部３０は、レーザ素子の端面に沿って設けられている。図５の構造の右側端面が前端面であり、左側端面が後端面である。
次いで、キュア処理を行うことで樹脂を材料とする支持部１３を硬化させる。断面図である図６には、キュア処理後の支持部１３が示されている。前述の前駆体１３Ａの厚さ又はキュア処理の温度及び時間を調整することで、収縮後の支持部１３及び埋込部３０と、リッジ部１０ａの高さが同程度となるようにする。
次いで、支持部１３、埋込部３０及びレーザ構造１０に絶縁膜を形成する。断面図である図７には、支持部１３、埋込部３０及び絶縁膜１２に絶縁膜１４を形成したことが示されている。絶縁膜１４は、リッジ部１０ａの上方に開口を有している。
次いで、天井部を形成する。断面図である図８には、天井部１６が示されている。天井部１６はラミネート法又はＳＴＰ法（Spin Coating Film Transfer and Hot-pressing）によって形成する。具体的には、感光性樹脂膜を形成したシートフィルムを、リッジ部１０ａ、支持部１３及びテラス部１０ｃの上面に接合させる。その後、シートフィルムを剥離することにより感光性樹脂膜からなる天井部１６が残る。天井部１６は、支持部１３、リッジ部１０ａ及びテラス部１０ｃによって支持されている。天井部１６を形成することで、天井部１６とチャネル部１０ｂの間に中空部１５を形成する。
図９は、天井部１６を形成した後のレーザ素子の平面図である。図９において、破線は、リッジ部１０ａとチャネル部１０ｂの境界、又はチャネル部１０ｂとテラス部１０ｃの境界を示す。一点鎖線は支持部１３及び埋込部３０の輪郭を示す。天井部１６は、第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ及び第３部分１６ｃに加えて、埋込部３０の上に設けられ、第１部分１６ａ又は第２部分１６ｂにつながる第４部分１６ｄを備えている。天井部に対し、露光及び現像処理を施すことによりこれをパターンニングし、リッジ部１０ａの上を開口させる。その後、キュア処理により天井部１６を硬化させる。天井部１６を形成すると、埋込部３０、レーザ構造１０及び天井部１６により、中空部１５が密閉される。中空部１５は閉ざされた空間であり、外部から中空部１５に物質が入ることはない。
次いで、絶縁膜を形成する。断面図である図１０には、天井部１６の上に絶縁膜１７を形成したことが示されている。この絶縁膜１７はリッジ部１０ａの上部に開口を有している。次いで、天井部１６の上に絶縁膜１７を介して金属層１８を形成する。金属層１８を形成したレーザ素子の断面図は図１である。この金属層１８は、リッジ部１０ａの上に形成された開口を埋めることでリッジ部１０ａの上面に接する。
金属層１８を金属配線として利用するために、金属層１８を予め定められた形状にパターニングする。具体的には、天井部１６により中空部１５を密閉した状態で、絶縁膜１７の上にレジストを形成し、そのレジストをパターニングし、そのレジストをマスクとして金属層１８の一部をエッチングする。これにより平面図である図１１に示されるパターニングされた金属層１８を得る。レジストを使用する際に中空部１５は天井部１６、埋込部３０及びレーザ構造１０によって密閉されているので、レジストが中空部１５に入り込みそこにレジスト残渣を生じさせることはない。完成した金属層１８は、テラス部の上にパッド１８Ａを備える。パッド１８Ａはワイヤーボンディングによりワイヤ接続される部分である。
本発明の実施の形態１に係るレーザ素子によれば、天井部１６が中空部１５に垂れ下がる問題を解消できるのでその点について説明する。
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)pp.2462-2467には、ＳＴＰ法を用いて形成された樹脂膜の膜厚と、中空部の大きさとの関係に関する記載がある。この文献には、樹脂膜の膜厚が約２μm、約９μmの場合、中空部を維持するためにはそれぞれ中空部の幅を２０μm以下、１００μm以下にすべきであることが記載されている（p.2465,Fig.10）。しかし、一般的な半導体レーザ素子のチャネル部の幅は１０〜５０μm程度であり、共振器長は２００μm程度である。天井部の膜厚を１〜１０μmとすると、上記一般的な半導体レーザ素子において、中空部を形成することは困難である。つまり、上記一般的なサイズの半導体レーザ素子に天井部を形成しようとすると天井部の強度が不足し、天井部が中空部に垂れ下がってくる問題があった。
そこで、本発明の実施の形態１に係るレーザ素子ではチャネル部１０ｂに支持部１３を設け、その支持部１３で天井部１６を支えることとしたので、天井部１６が中空部１５に垂れ下がってくることを防止できる。
本発明の実施の形態１に係るレーザ素子では、静電容量を小さくすることができるのでその点について説明する。静電容量Ｃは、Ｃ＝ε０εｒＳ/ｄ（ε０:真空の誘電率,εｒ:比誘電率,Ｓ:面積,ｄ:距離）の式で表される。本発明の実施の形態１に係るレーザ素子の金属層１８は中空部１５の上に設けられるので、金属層１８をリッジ部１０ａの側面、チャネル部１０ｂの上面及びテラス部１０ｃの側面に沿って設けた場合と比べて、金属層１８をレーザ構造１０から離すことができる。よって、静電容量を小さくできる。
樹脂でリッジの左右の溝を埋め込んだ場合と、中空部を形成した場合を比較するために、図１２を参照する。中空部１５には空気があるのでその比誘電率は１である。樹脂膜である支持部１３と天井部１６の比誘電率は３とする。天井部１６の厚さをｄ１、中空部１５の高さを２ｄ１とする。支持部１３の面積はチャネル部１０ｂの面積Ｓ１の半分の面積であるＳ１／２とする。これにより、リッジ部１０ａの左右の溝の体積の半分が、支持部１３によって占められる。
仮に、樹脂でリッジ部１０ａの左右の溝を埋め込んだとすると、その静電容量Ｃは、
Ｃ＝ε０εｒＳ１/（ｄ１＋２ｄ１）＝ε０Ｓ１／ｄ１
となる。
中空部１５を有する場合の静電容量を求める。図１２に示すように、天井部１６の静電容量をＣ１、支持部１３の静電容量をＣ２、中空部１５の静電容量をＣ３とする。図１２にはＣ１、Ｃ２、Ｃ３に対応する部分が破線で示されている。
それぞれの静電容量は、
Ｃ１＝ε０εｒＳ１/ｄ１＝ε０・３・Ｓ１/ｄ１＝３ε０Ｓ１/ｄ１
Ｃ２＝ε０εｒＳ１/２/２ｄ１＝ε０・３・Ｓ１/ｄ１＝３ε０Ｓ１/ｄ１
Ｃ３＝ε０εｒＳ１/２/２ｄ１＝ε０・１・Ｓ１/ｄ１＝ε０Ｓ１/ｄ１
となる。
図１２に示されるように、天井部１６が直列に、支持部１３と中空部１５が並列の関係になっていることから、中空部１５を形成した場合の全体の静電容量Ｃを表す式は、
１/Ｃ=１/Ｃ１+１/(Ｃ２+Ｃ３)
となる。よって、
Ｃ=Ｃ１・(Ｃ２+Ｃ３)/(Ｃ１+Ｃ２+Ｃ３)=３/４・ε０Ｓ１/ｄ１
となる。以上のことから、リッジ部１０ａの左右の溝を樹脂で埋め込んだ場合よりも、中空部１５を形成した場合の方が静電容量を小さくすることができることが分かる。静電容量を小さくすることで、高速動作に有利なレーザ素子を提供することができる。
本発明の実施の形態１に係るレーザ素子では、寄生容量を小さくすることができるのでその点について説明する。リッジから引き出した配線が絶縁膜を介してレーザ構造に接すると、当該絶縁膜の誘電率が大きいことから、寄生容量が大きくなってしまう。寄生容量が大きくなることを防止するために、金属配線及びその一部であるパッド部の面積を小さくし、寄生容量を小さくする必要があった。パッド部が小さいと組み立て工程において高いワイヤーボンディング精度が必要となるので、生産安定性に欠ける。
しかしながら、本発明の実施の形態１では、中空部１５を設けることで金属層１８とレーザ構造１０を離すことができる。しかも、金属層１８とレーザ構造１０の間に、誘電率が高い絶縁膜ではなく、低誘電率を有する樹脂で形成された天井部１６と支持部１３が存在するので、寄生容量を小さくすることができる。寄生容量が小さくなる分、パッド面積を大きくすることができるので、生産安定性を向上させることができる。
また、レーザ構造１０の上に樹脂を形成すると、両者の線膨張係数差によって樹脂内にストレスが生じ、樹脂が剥離したり、樹脂にクラックが生じたりするおそれがある。しかしながら、本発明の実施の形態１に係るレーザ素子では、中空部１５を設けることで、樹脂で形成された支持部１３とレーザ構造１０の接触面積を減らすことができる。よって、支持部１３の内部ストレスを小さくし、支持部１３の剥がれ及びクラックを抑制できる。
本発明の実施の形態１に係るレーザ素子の製造方法によれば、中空部１５を確保することができるのでその点について説明する。前述のとおり、中空部１５が、天井部１６、埋込部３０及びレーザ構造１０によって密閉された状態で、金属層１８をパターニングするためのレジストを用いるので、中空部１５にレジストが入り込むことを防止できる。よって、中空部１５を確保することができる。
本発明の実施の形態１に係るレーザ素子とそのレーザ素子の製造方法は、その特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えば、支持部１３を設けつつ中空部１５を確保するためには、支持部１３はリッジ部１０ａの側面とテラス部１０ｃの側面の少なくとも一方と離して設けられればよい。つまり、支持部１３がリッジ部１０ａの側面又はテラス部１０ｃの側面に接しても良い。もし支持部１３がテラス部１０ｃに接する場合は、天井部１６の第３部分１６ｃは、第２部分１６ｂではなく第１部分１６ａにつながる。第３部分１６ｃは支持部１３の位置に応じて第１部分１６ａ又は第２部分１６ｂにつながる。
このレーザ素子における絶縁膜１２、１４、１７は、各層の密着性向上及び半導体レーザの耐湿性向上のため形成されている。これらの絶縁膜の有無および形状について適宜変更することができる。例えば絶縁膜１４、１７を省略しても良い。
絶縁膜１２、１４、１７は、リッジ部１０ａの上に開口を有する必要がある。絶縁膜１７を形成した後に、絶縁膜１２、１４、１７の開口を一括形成してもよい。絶縁膜１２、１４、１７の開口を一括形成することで、絶縁膜１２、１４、１７のそれぞれに別工程で開口を形成する場合と比べて工程を短縮できる。
支持部１３と天井部１６の両方、又はどちらか一方を非感光性樹脂としても良い。その場合、例えばまず、図３の前駆体１３Ａのような形状となるように非感光性樹脂を形成し、その後、当該樹脂に対してドライエッチングで全面エッチバックを行い、当該樹脂とリッジ部１０ａ及びテラス部１０ｃの表面を一致させる。その後、絶縁膜によるハードマスク及びレジストを形成し、ドライエッチングでチャネル部１０ｂ内の樹脂をパターニングすることで、支持部１３を形成する。天井部１６は、一部を開口してリッジ部１０ａの上面を露出させるために、天井部１６の上部に絶縁膜によるハードマスク及びレジストを形成し、ドライエッチングを行う。非感光性樹脂を用いると、キュア時に樹脂材料から出てくるアウトガスが少ないという利点がある。
中空部１５を確保するためには、レジストを使用して金属層１８をパターニングする際に、中空部１５を密閉する必要がある。樹脂材料とレーザ構造１０によって中空部１５を密閉できる限り、樹脂で形成された支持部１３と天井部１６の形状を適宜変更することができる。これらの変形は以下の実施の形態に係るレーザ素子とレーザ素子の製造方法にも適宜応用できる。
なお、以下の実施の形態に係るレーザ素子とレーザ素子の製造方法については、実施の形態１との類似点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
実施の形態２．
図１３は、実施の形態２に係るレーザ素子の断面図である。実施の形態２に係るレーザ素子は、支持部４０をリッジ部１０ａの側面に接触させたものである。天井部１６は、支持部４０とテラス部１０ｃによって支持されている。支持部４０がリッジ部１０ａの左右に接することで、実施の形態１に比べてリッジ構造の幅が大きくなっている。
本発明の実施の形態２に係るレーザ素子の製造方法を説明する。まず、図２、３のとおり、絶縁膜１２を形成し、感光性樹脂の前駆体１３Ａを塗布する。次いで、この前駆体１３Ａをパターニングし、支持部４０を形成する。断面図である図１４には、支持部４０が示されている。前駆体１３Ａに対し、露光、現像処理によりパターニングを行い、リッジ部１０ａに接する支持部４０を形成する。ここで、リッジ幅が、前駆体の最小パターン寸法、すなわち解像度よりも小さい場合、リッジ部１０ａの上部に膜厚の薄い樹脂膜が残る。この薄い樹脂膜は、軽度のアッシングにより除去が可能である。
次いで、キュア処理を行うことで支持部４０を硬化させる。断面図である図１５には、キュア処理により硬化した支持部４０が示されている。前駆体１３Ａの材料をキュア処理により収縮する樹脂材料としておき、キュア処理で支持部４０を収縮させ、支持部４０の高さとリッジ部１０ａの高さを同程度とする。
次いで、絶縁膜を形成する。断面図である図１６には、絶縁膜１４を形成したことが開示されている。絶縁膜１４は、レーザ構造１０及び支持部４０を覆う。絶縁膜１４はリッジ部１０ａの上部に開口を有している。次いで、実施の形態１と同様にラミネート法又はＳＴＰ法を用いて、樹脂を形成したシートフィルムを、リッジ部１０ａ、支持部４０及びテラス部１０ｃの上面に接合させる。図１７には、天井部１６が示されている。このように、チャネル部１０ｂの一部に樹脂材料で支持部４０を形成し、その支持部４０の上に天井部１６を形成することで、レーザ構造１０と樹脂によって密閉された中空部１５を形成する。天井部１６は中空部１５の天井となる。
露光、現像処理により天井部１６をパターンし、リッジ部１０ａの上の部分を開口する。その後、天井部１６に対してキュア処理を施す。支持部４０がリッジ部１０ａに接しているので、天井部１６の開口幅Ｗ２を大きくすることができる。これに対し、実施の形態１では支持部１３とリッジ部１０ａが離れているので、天井部１６はリッジ部１０ａによって支持される必要がある。そのため、図１７の開口幅Ｗ２を、図８に示される天井部１６の開口幅Ｗ１より大きくすることができる。
次いで、天井部１６の上に絶縁膜を形成する。断面図である図１８には、絶縁膜１７が示されている。リッジ部１０ａの上の絶縁膜１７は除去する。次いで、天井部１６の上にリッジ部１０ａの上面に接する金属層１８を形成する。レジストを用いて金属層１８をパターニングすることで、テラス部１０ｃの上に予め定められた形状のパッド電極を形成する。こうして、図１３に示す、金属層１８を有するレーザ素子が完成する。なお、樹脂として、支持部４０と、天井部１６に加え、埋込部３０を形成し、支持部１３と埋込部３０によって天井部１６を支持する点は実施の形態１と同じである。
リッジ部１０ａの幅が例えば２μm以下と細い場合、天井部１６を形成するためにリッジ部１０ａの上にシートフィルムを貼り付けるときにリッジ部１０ａが折れる懸念がある。しかしながら、本発明の実施の形態２に係るレーザ素子では、支持部４０をリッジ部１０ａに接触させるので、支持部４０がリッジ部１０ａを補強しリッジ部１０ａの強度を向上させる。よって、リッジ部１０ａが折れることを防止できる。
実施の形態１では、リッジ部１０ａの上に、「天井部１６を支える部分」と「天井部１６が開口する部分」の両方を設ける必要がある。そのため、リッジ幅よりも感光性樹脂膜の露光、現像によるパターニングの最小幅が大きい場合、リッジ部１０ａの上に「天井部１６を支える部分」と「天井部１６が開口する部分」の両方を設けることができない。つまり、中空部１５を形成することはできない。リッジ部１０ａの幅よりも感光性樹脂膜の露光、現像によるパターニングの最小幅が小さい場合でも、ある程度の「天井部を支える」部分を確保しなければならないのでプロセスの安定性を確保しがたい。
そこで、本発明の実施の形態２では、リッジ部１０ａの側面に絶縁膜を介して支持部４０を接触させることで、リッジ部１０ａと支持部４０により幅の大きいリッジ構造を形成する。これにより、リッジ部１０ａだけでなく、リッジ部１０ａと支持部４０の上に、「天井部１６を支える部分」と「天井部１６が開口する部分」を設けることができる。よって、十分広い場所に「天井部１６を支える部分」と「天井部１６が開口する部分」を設けることができるので、プロセスを安定させることができる。
このように、リッジ部１０ａと支持部４０により幅の大きいリッジ構造を形成することで、天井部１６の開口幅Ｗ２を大きくできる。開口幅Ｗ２が大きいと、リッジ部１０ａの上の金属層１８の体積を大きくして、金属層１８の配線抵抗を低減し利得を向上させることができる。天井部１６の開口の左右における天井部１６はテーパ形状となっているので、当該開口を埋める金属層１８の体積を大きくすることができる。上方よりも下方の方が大きい開口幅になる逆テーパ形状の天井部を設けると、天井部１６の段切れが生じ得る。しかし、図１７に示すように、上方より下方の方が小さい開口幅になるテーパ形状の天井部１６を設けると、天井部１６の段切れを防止できる。
さらに、リッジ部１０ａの側面に支持部４０を設けることで、支持部４０の剥離を防止できる。例えば、リッジ部の左右の溝をＢＣＢで埋め込んだＢＣＢ埋込型リッジ導波路構造の製造において、リッジ部上部の樹脂層に開口を形成するドライエッチングにおいてリッジ部側面から樹脂が剥離する問題があった。しかし、本発明の実施の形態２では、感光性樹脂で天井部１６を形成しているため、露光、現像、及び軽度のアッシングにより天井部１６に開口を形成することができるので、支持部４０の剥離を防止できる。
実施の形態３．
図１９は、実施の形態３に係るレーザ素子の断面図である。このレーザ素子は、図１に示す支持部１３と図１３に示す支持部４０を両方備えている。つまり、支持部として、リッジ部１０ａの側面に接する部分である支持部４０と、リッジ部１０ａの側面にもテラス部１０ｃの側面にも接しない部分である支持部１３とが設けられている。
実施の形態３に係るレーザ素子の製造方法を説明する。まず、図２、３を参照しつつ説明したように、前駆体１３Ａを形成する。次いで、この前駆体１３Ａをパターニングする。断面図である図２０には、前駆体をパターニングすることで得られた支持部１３、４０が示されている。その後、アッシング及びキュア処理により、支持部１３、４０及び埋込部３０と、リッジ部１０ａの高さが同程度となるようにする。断面図である図２１にはアッシング及びキュア処理により、支持部１３、４０と、リッジ部１０ａの高さが同程度となったことが示されている。
図２２は、図２１のレーザ素子の平面図である。支持部１３と支持部４０は平面視でチャネル部１０ｂの一部を囲んでいる。支持部１３、４０は、絶縁膜１２が開口しリッジ部１０ａが露出した部分を囲む。支持部１３をテラス部１０ｃに接触させても良い。
次いで、断面図である図２３に示すように、レーザ構造１０及び支持部１３、４０に絶縁膜１４を形成する。次いで、断面図である図２４に示すように、支持部１３、４０、及びテラス部１０ｃによって支持される天井部１６を形成する。天井部１６は、支持部１３、４０によって囲まれた空間を密閉する。具体的には、天井部１６は、支持部１３と支持部４０に挟まれた中空部１５を密閉する蓋となる。なお、図２２における支持部１３の端部をテラス部１０ｃに接触させた場合は、その部分が埋込部として機能するので、支持部１３とテラス部１０ｃに挟まれた領域も天井部１６によって密閉される。
次いで、絶縁膜１７及び金属層１８を形成することで、図１９に示されるレーザ素子が完成する。支持部１３、４０を１つのレーザ素子に形成することで、実施の形態１、２で説明した効果を両方享受できる。
実施の形態４．
図２５は、実施の形態４に係るレーザ素子の断面図である。このレーザ素子の天井部１６はチャネル部１０ｂの上方に設けられ、テラス部１０ｃの上方に設けられていない。より詳細には、天井部１６は支持部１３と支持部４０に支持されており、テラス部１０ｃには支持されていない。支持部１３、４０の平面形状は図２２のとおりである。
図２６は、天井部１６等の平面図である。天井部１６は、チャネル部１０ｂとリッジ部１０ａの上に設けられ、テラス部１０ｃの上には設けられない。図２７は、金属層１８等の平面図である。金属層１８の一部であるパッド１８Ａは、支持部１３の直上に設けられる。静電容量ＣはＣ＝ε０εｒＳ/ｄ（ε０:真空の誘電率, εｒ:比誘電率,Ｓ:面積,ｄ:距離）の式で表される。実施の形態４ではチャネル部１０ｂとリッジ部１０ａの直上だけに金属層１８を設けるので、実施の形態１と比べて金属層１８の面積を小さくできる。よって、静電容量を小さくすることができる。静電容量の小さいレーザ素子は、高速動作に好適である。
図２７に示すような小さな金属層１８を設ける場合は、図２６に示される天井部１６よりも天井部の面積を小さくしてもよい。小さな天井部を設ける場合、それを支える支持部も小さくすることができる。例えば、図２８には、小さく形成された支持部１３、４０が示されている。支持部１３、４０は、共振器の端面よりも内側に形成されている。支持部１３、４０の共振器長方向の長さは、共振器長より短い。
図２９には、図２８の支持部１３、４０の上に形成された天井部１６が示されている。図２９の天井部１６は、図２６の天井部１６に比べて共振器長方向の長さが短い。図２９の天井部１６は、共振器長方向の長さが共振器長より小さい。そして、この天井部１６の上に、図３０に示すように、金属層１８を形成する。
実施の形態５．
図３１は、実施の形態５に係るレーザ素子の断面図である。実施の形態１−４ではテラス部１０ｃを半導体で形成したが、実施の形態５のテラス部６０は樹脂で形成されている。樹脂で形成したテラス部６０の高さを調整するのは容易である。よって、リッジ部１０ａ、支持部１３、４０及びテラス部６０の高さを容易にそろえることができる。
実施の形態６．
図３２は、実施の形態６に係るレーザ素子の断面図である。金属層１８は、２つのテラス部１０ｃのうち、一方のテラス部１０ｃの上方にはあるが、他方のテラス部１０ｃの上方にはない。このように、レーザ素子の片側だけに金属層１８による配線を配置することで、配線の寄生容量を小さくすることができる。
静電容量ＣはＣ＝ε０εｒＳ/ｄ（ε０:真空の誘電率, εｒ:比誘電率,Ｓ:面積,ｄ:距離）の式で表される。実施の形態６の金属層１８の面積は、実施の形態１の金属層１８の面積の半分であるため、静電容量を半減させることができる。静電容量の小さいレーザ素子は、高速動作において有利である。
実施の形態７．
図３３は、実施の形態７に係るレーザ素子の支持部等の平面図である。感光性樹脂を材料とする支持部１３は、共振器長方向に沿って複数形成されている。言い換えると、複数の島状の支持部１３がリッジ部１０ａに沿って設けられている。天井部及び金属層の形状は実施の形態１と同じである。
このように支持部１３を平面視で断続的に設けることで、実施の形態１と比べて中空部の体積を増加させることができる。よって、寄生容量の小さいレーザ素子を提供することができる。また、実施の形態１と比べて樹脂で形成された支持部１３の体積が減少するため、当該樹脂の内部ストレスが小さくなり、当該樹脂の剥離及びクラックを抑制することができる。
図３４は、支持部の変形例を示す図である。図３４では、図３３よりも支持部１３の数を減らし、その分埋込部３０を共振器端面から共振器中央方向へ移動した。埋込部３０と支持部１３とテラス部１０ｃの上に天井部を形成することで、密閉された中空部を形成する。天井部の長さは共振器長より短くし、天井部が支持部又は埋込部によって支持されるようにする。
実施の形態８．
図３５は、実施の形態８に係る支持部等の平面図である。埋込部３０は、レーザ素子の端面より内側に設けられている。図３６は、図３５の支持部１３、埋込部３０及びテラス部１０ｃの上に形成された天井部１６を示す図である。実施の形態１では図９を参照しつつ説明したように、レーザ構造全体に天井部１６を形成したが、実施の形態８では、図３６に示すように共振器の短手方向に長い天井部１６を形成する。天井部１６が感光性樹脂の場合、露光、現像及びアッシングにより天井部１６をパターニングする。他方、天井部１６が非感光性樹脂の場合、天井部１６の上部に絶縁膜によるハードマスク及びレジストを形成し、ドライエッチングによりパターニングを行う。
図３７は、天井部１６の上に形成された金属層１８を示す図である。実施の形態８に係るレーザ素子の特徴は、金属層１８の形状を考慮して、必要な部分だけに、支持部１３を形成することである。本発明の実施の形態８によれば、樹脂で形成された支持部１３及び天井部１６の体積が実施の形態１と比較して減少するため、支持部１３及び天井部１６の内部ストレスが小さくなる。よって、支持部１３及び天井部１６の樹脂材料が剥離したりクラックを生じたりすることを抑制できる。なお、ここまでに説明した各実施の形態に係るレーザ素子及びレーザ素子の製造方法の特徴は、適宜に組み合わせて用いてもよい。
１０ レーザ構造、 １０ａ リッジ部、 １０ｂ チャネル部、 １０ｃ テラス部、 １２，１４，１７ 絶縁膜、 １３ 支持部、 １５ 中空部、 １６ 天井部、 １８ 金属層

Claims (18)

  1. ストライプ状に隆起したリッジ部と、
    前記リッジ部に隣接し、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、
    前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、
    前記チャネル部の上に設けられ、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた、樹脂で形成された支持部と、
    前記支持部の上に設けられた第１部分と、前記第１部分につながり前記チャネル部の上に中空部を介して位置する第２部分とを有する、樹脂で形成された天井部と、
    前記天井部の上に設けられるとともに前記リッジ部の上面に接続された金属層と、を備え、
    前記金属層は前記テラス部の上に設けられたパッド部を有し、
    前記中空部は、前記金属層のうち、前記リッジ部の上の部分と、前記パッド部との間の部分の下方にあることを特徴とするレーザ素子。
  2. 前記天井部は、前記第１部分又は前記第２部分につながり、前記テラス部の上に設けられた第３部分を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ素子。
  3. 前記支持部は、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の両方から離して設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ素子。
  4. ストライプ状に隆起したリッジ部と、
    前記リッジ部に隣接し、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、
    前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、
    前記チャネル部の上に設けられ、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた、樹脂で形成された支持部と、
    前記支持部の上に設けられた第１部分と、前記第１部分につながり前記チャネル部の上に中空部を介して位置する第２部分とを有する、樹脂で形成された天井部と、
    前記天井部の上に設けられるとともに前記リッジ部の上面に接続された金属層と、
    前記チャネル部の上に設けられ、平面視で前記支持部の両端に接続し、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の両方に直接又は絶縁膜を介して接する、樹脂で形成された埋込部と、
    前記天井部の一部として形成された、前記埋込部の上に設けられ、前記第１部分又は前記第２部分につながる第４部分と、を備えたことを特徴とするレーザ素子。
  5. 前記埋込部は、レーザ素子の端面に沿って設けられたことを特徴とする請求項４に記載のレーザ素子。
  6. 前記埋込部は、レーザ素子の端面より内側に設けられたことを特徴とする請求項４に記載のレーザ素子。
  7. 前記支持部は前記リッジ部の側面に直接又は絶縁膜を介して接することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ素子。
  8. 前記支持部は、前記リッジ部の側面に直接又は絶縁膜を介して接する部分と、前記リッジ部の側面にも前記テラス部の側面にも接しない部分とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ素子。
  9. 前記天井部は前記チャネル部の上方に設けられ、前記テラス部の上方に設けられていないことを特徴とする請求項１に記載のレーザ素子。
  10. 前記テラス部は樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザ素子。
  11. 前記金属層は、一方の前記テラス部の上方にはあるが、他方の前記テラス部の上方にはないことを特徴とする請求項２に記載のレーザ素子。
  12. 前記支持部は、共振器長方向に沿って複数形成されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ素子。
  13. 前記支持部は、平面視で環状に設けられ、
    前記天井部は、前記支持部によって囲まれた空間を密閉することを特徴とする請求項１に記載のレーザ素子。
  14. ストライプ状に隆起したリッジ部と、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、を有するレーザ構造の前記チャネル部の一部に樹脂を形成し、前記レーザ構造と前記樹脂によって密閉された中空部を形成する工程と、
    前記樹脂の上に前記リッジ部の上面に接する金属層を形成する工程と、
    レジストを用いて前記金属層をパターニングする工程と、を備え、
    前記金属層は前記テラス部の上に設けられたパッド部を有し、
    前記中空部は、前記金属層のうち、前記リッジ部の上の部分と、前記パッド部との間の部分の下方にあることを特徴とするレーザ素子の製造方法。
  15. 前記樹脂は、前記チャネル部に直接又は絶縁膜を介して接する支持部と、前記支持部の上に設けられ前記中空部の天井となる天井部とを有し、
    前記天井部の一部は、前記テラス部の上に設けられ、
    前記金属層をパターニングすることで、前記テラス部の上にパッド電極を形成することを特徴とする請求項１４に記載のレーザ素子の製造方法。
  16. ストライプ状に隆起したリッジ部と、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、を有するレーザ構造の前記チャネル部の一部に樹脂を形成し、前記レーザ構造と前記樹脂によって密閉された中空部を形成する工程と、
    前記樹脂の上に前記リッジ部の上面に接する金属層を形成する工程と、
    レジストを用いて前記金属層をパターニングする工程と、を備え、
    前記樹脂は、
    前記チャネル部の上に設けられ、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた支持部と、
    前記チャネル部の上に設けられ、平面視で前記支持部の両端に接続し、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の両方に直接又は絶縁膜を介して接する埋込部と、
    前記支持部と前記埋込部によって支持された、前記中空部の天井である天井部と、を備えたことを特徴とするレーザ素子の製造方法。
  17. ストライプ状に隆起したリッジ部と、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、を有するレーザ構造の前記チャネル部の一部に、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた、樹脂で形成された支持部を形成する工程と、
    前記支持部と前記リッジ部とに支持された樹脂を材料とする天井部を、ラミネート法又はＳＴＰ法によって形成し、前記天井部と前記チャネル部の間に中空部を形成する工程と、
    前記天井部の上に前記リッジ部の上面に接する金属層を形成する工程と、を備え、
    前記金属層は前記テラス部の上に設けられたパッド部を有し、
    前記中空部は、前記金属層のうち、前記リッジ部の上の部分と、前記パッド部との間の部分の下方にあることを特徴とするレーザ素子の製造方法。
  18. 前記支持部は前記リッジ部の側面に直接又は絶縁膜を介して接触したことを特徴とする請求項１７に記載のレーザ素子の製造方法。
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