JPH01100986A - 光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発、明は、非点隔差補正機能付半導体レーザ部を有す
る光素子およびその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

光通信用光源あるいはディジタルオーディオディスク、
ビデオディスク、光デイスクファイル。

レーザビームプリンタ等の情報処理装置用光源の一つと
して、半導体レーザ（レーザダイオード）が使用されて
いる。

レーザダイオードについては、たとえば、工業調査会発
行「電子材料Ｊ　１９Ｂ５年２月号、昭和６０年２月１
日発行、Ｐ６８〜Ｐ７２に記載されている。この文献に
は以下のようなことが記載されている。すなわち、レー
ザダイオードには、−般に屈折率ガイド形と利得ガイド
形とがある。前者の屈折率ガイド形は、接合の水平方向
に導入された造りつけの屈折率差により光が導波される
ため、共振器内を伝播する電磁波の位相面が平面で、か
つ近視野像を小さく制御することができる。その結果、
遠視野像は単峰で、非点隔差（非点収差）が小さいが、
発振スペクトルの単一モード性が強い、また、後者の利
得ガイド形は、接合に水平方向に生じる利得の分布によ
り光がイ渡されているため、電磁波の位相面が放物面的
に曲がっており、その結果、遠視野像は、双峰的となり
、非点隔差が大きくなる。また、発振スペクトルは多モ
ード発振である。

また、同文献には、非点隔差が斜めガラスパッケージで
補正された例が示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、レーザダイオード（レーザダイオードチ
ップ）において、利得ガイド形は、遠視野像は双峰的と
なりかつ発振スペクトルは多モード発振となることから
、低雑音化が可能である。

しかし、利得ガイド形は屈折率ガイド形に比較して非点
隔差（非点収差）が大きく、光学系とのマツチングに難
がある。

一方、前述のように非点隔差を補正するために、レーザ
ダイオードチップを被うパッケージのレーザ光が透過す
るガラスキャップ（ガラス窓部分）を、光路に対して斜
めに配設したものもある。

しかし、この構造では、レーザダイオードチップと非点
隔差補正用のガラスキャップとは別体となっていること
から、組立時、面倒な位置調整作業を必要とする。

本発明の目的は、半導体レーザ部と、この半導体レーザ
部から発光されたレーザ光の非点隔差を補正する非点隔
差補正板とをモノリシックに組み込んだ光素子を提供す
ることにある。

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。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の光素子は、レーザ光を端面から発光
する半導体レーザ部は半導体基板の主面にモノリシック
に形成されているとともに、この半導体基板の主面の前
記半導体レーザ部から発光されるレーザ光の光路には、
レーザ光が透過できる非点隔差補正板がモノリシックに
配設されている。この非点隔差補正板は前記半導体レー
ザ部から発光されるレーザ光の水平横モードのビームウ
ェストを前記半導体レーザ部の端面に補正するようにな
っている。

〔作用〕

上記のように、本発明の光素子は、レーザ光を端面から
発光する半導体レーザ部と、このレーザ光の非点隔差を
補正する非点隔差補正板とは、化合物半導体基板の主面
にモノリシックに形成されていることから、利得ガイド
形の半導体レーザであっても接合の水平横モードの非点
隔差が補正され、光学系とのマツチングが良好となる。

また、この光素子の半導体レーザ部と非点隔差補正板と
の寸法精度は、前記半導体レーザ部と非点隔差補正板と
が加工寸法精度の高いホトリソグラフィによって同時に
形成されることから高精度となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ部と非点
隔差補正板とをモノリシックに組み込んだ光素子を示す
斜視図、第２図は同じ（レーザ光の非点隔差補正状況を
示す光素子の模式的平面図、第３図は本発明の光素子を
組み込んだ半導体レーザ装置の一部が切り欠かれた状態
を示す斜視図、第４図〜第９図は同じく光素子の製造方
法を示す図であって、第４図は主面にチャネルが形成さ
れたウェハの断面図、第５図は多層成長層および電流狭
窄用拡散層が形成されたウェハの断面図、第６図は部分
エツチングによって半導体レーザ形成部が設けられたウ
ェハの断面図、第７図は同じく平面図、第８図は埋込層
が形成されたウェハの断面図、第９図は半導体レーザ部
と非点隔差補正板が形成されたウェハの平面図である。

この実施例の光素子は、ＧａＡｌＡｓ系で形成され、か
つ半導体レーザ部はＣ３Ｐ　（ｃｈａｎｎ−ｅｌｅｄ−
ｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ｐｌａｎａｒ）構造となっていて
、情報処理用光源とに適している。

光素子１は、第１図に示されるように、ｎ形のＧａＡｓ
からなる基板（半導体基板）２の主面に、それぞれ突出
配設された半導体レーザ部３および非点隔差補正板４を
有している。

前記半導体レーザ部３は、前記基板２に連なるｎ形Ｇａ
Ａｓからなる基部５を基礎として構成されている。具体
的には、この基部５は、後に詳述するように、前記基板
２を途中の深さにまでエツチングすることによって形成
される。前記基部５の主面には、たとえば、第１図にお
いては、左から右に延びるように、チャネル（溝）６が
設けられている。また、前記基部５の主面には、ダブル
ヘテロ接合を構成する多層成長層７が設けられている。

この多層成長層７は、前記基部５の主面上に直接形成さ
れたｎ形のＧａＡｊｌＡｓによるクラッド層８と、この
クラッド層８の上面に形成されたＧａＡＪＬＡｓによる
活性層９と、この活性層９の上面に形成されたｐ形のＧ
ａＡＪＬＡｓによるクラッド層１０と、このクラッド層
１０の上面に形成されたｎ形のＧａＡｓによるキャップ
層１１とからなり、前記活性層９とクラッド層８および
クラッド層１０との間でそれぞれへテロ接合を構成して
いる。また、前記活性層９の一部は、第１図の二点鎖線
で示されているように、共振器（先導波路）１２を構成
している。また、前記チャネル６に対応するキャップ層
１１およびクラッド層ｌＯの途中深さには、ｐ◆形から
なる電流狭窄用の拡散層１３が設けられている。なお、
前記多層成長層７の上面にはアノード電極１４が、基板
２の下面にカソード電極１５が設けられている。したが
って、これらアノード電極１４とカソード−電極１５と
の間に所定の電圧を印加すれば、前記共振器１２の端面
からそれぞれレーザ光１６を発光する。

一方、前記レーザ光１６の光路に位置する基板２の主面
には、非点隔差補正板４が配設されている。この非点隔
差補正板４は、平行な平板からなるとともに、前記半導
体レーザ部３のレーザ光１６の出射方向、すなわち、共
振器１２の延長線に対して所望の角度（α）だけ傾斜す
るように設けられている。これは、Ｃ３Ｐのような利得
導波形の半導体レーザでは、接合に対して垂直となるレ
ーザ光の発光点（ビームウェスト）は共振器の端である
出射面（＠面）に一致するが、接合に水平となる方向の
レーザ光のビームウェストは、第２図のＰ点で示すよう
に出射面よりも吏と内側となってしまい、非点隔差が生
じてしまう。

そこで、この実施例の非点隔差補正板４は、レーザ光１
６がレーザ光の光路、すなわち、共振器１２の延長線方
向に対してなす角αを有するように形成され、非点隔差
補正板４でのレーザ光１６の屈折を利用してレーザ光１
６における接合の水平モードのウェストポイント（発光
点）が、半導体レーザ部３の端面になるようにし、非点
隔差を零とするようになっている。すなわち、半導体レ
ーザ部３の共振器１２の端から発光されたレーザ光１６
は、一定の広がり角を有して放射されるため、前方に位
置する非点隔差補正板４が傾斜して設けられていること
もあって、非点隔差補正板４に、それぞれθ１．θ□と
なる入射角で入射する。

このため、屈折率との関係によって、非点隔差補正板４
を出たレーザ光１６のビームウェスト（発光点）は、共
振器１２の端の面上に位置するようになる。なお、実際
には、ビームウェストが半導体レーザ部３の端面に位置
するように、非点隔差補正板４の傾斜角度α、非点隔差
補正板４の厚さ。

屈折率が選択される。

つぎに、第４図〜第９図を参照しながらこのような光素
子１の製造方法について説明する。

この実施例における光素子１は、第４図〜第９図に示す
ように化合物半導体薄板（ウェハ）に順次各種処理が施
された後、第１図に示されるような光素子１となる。

すなわち、光素子１の製造に際して、最初に第４図に示
すように、ｎ形のＧａＡｓからなる化合物半導体薄板（
ウェハ）１７が用意される。このウェハ１７は厚さが４
００ｔ１ｍ程度の矩形体のｎ形ＧａＡｓ基板（基板）２
からなり、主面（上面）には溝（チャネル）６が略４０
０ｔＩｍ間隔に平行に設けられている。この溝６は絶縁
膜をマスク１８としてエツチングによって形成され、溝
幅が数μｍ、深さが数μｍとなっている。

つぎに、前記マスク１８は除去される。その後、第５図
に示されるように、このようなウェハ１７の主面には液
相エピタキシャル法によって、ｎ形ＧａＡｊｌＡｓによ
るクラッド層８．ＧａＡｊＬＡｓによる活性層９．Ｐ形
ＧａＡＪＬＡｓによるタララド層１０．ｐ形ＧａＡｓに
よるキャップ！ｉ１１が順次形成され、多層成長Ｎ７が
形成される。前記多層成長層７を構成する各層の厚さは
、図面とは必ずしも対応していないが、たとえば、クラ
ッド層８の場合は０．２〜０．３μｍ程度、活性層９の
場合は０．１μｍ程度、クラッド層１０の場合は２ｐｍ
程度、キャップ層１１の場合は１μｍ程度となっている
。そして、前記活性層９は上下のクラッド層８およびク
ラッドＮＩＯとの間にペテロ接合を構成し、ダブルヘテ
ロ接合構造を構成している。また、前記ウェハ１７上に
は部分的に絶縁膜１９が形成されるとともに、この絶縁
膜１９をマスクとして亜鉛（Ｚｎ）がウェハ１７の主面
に打ち込まれ、キャップ層１１からクラッド層１０の途
中深さに迄達する電流狭窄用の拡散層１３（図中点々が
施された領域）が形成される。この拡散層１３はコンタ
クト電極のオーミック層となる。

つぎに、前記絶縁膜１９は除去される。その後、前記ウ
ェハ１７の主面には部分的に絶縁膜２０が設けられる。

この絶縁膜２０は前記チャネル６上に沿って一定幅、一
定長さを有する状態で設けられる。そして、この絶縁膜
２０をマスクとしてウェハ１７の主面はエツチングされ
る。エツチングはダブルヘテロ接合を越えれば良いが、
この例では基板２の表層部にまで達するように行われる
。

この結果、第７図に示されるように、ウェハ１７の主面
には、一定間隔に半導体レーザ形成部２１が形成される
ことになる。この半導体レーザ形成部２１は、前記基板
２を部分的にエツチングすることによって得られた突状
の基部５と、この基部５の上に載る多層成長層７とによ
って構成されている。また、この突状部の中央にはチャ
ネル６が位置している。さらに、この半導体レーザ形成
部２１の寸法は、ウェハ１７の主面に最終的に形成され
るレーザ光１６を発光する半導体レーザ部３の外形寸法
よりも数十μｍ太き（なっている、すなわち、最終工程
におけるエツチング時、この半導体レーザ形成部２１の
周囲は一定幅に亘ってエツチングされることになる。し
たがって、この半導体レーザ形成部２１を形成する際は
、後のエツチング時のエツチング化をも含む大きさにに
形成される。

つぎに、ウェハ１７の主面には、ＭＯＣＶＤ法。

液相エピタキシャル法、ＣＶＤ法等によって、レーザ光
１６に対して透明となる物質、たとえば、ＧａＡｓから
なるエピタキシャル成長層２２が形成される。このエピ
タキシャル成長層２２は、前記絶縁膜２０上には成長し
ないが、第８図に示されるように、半導体レーザ形成部
２１の周囲のエピタキシャル成長層２２上に成長する。

このエピタキシャル成長層２２は、後に、前記活性層９
の共振器１２の端から発光されるレーザ光１６全体が透
過できるように、たとえば、絶縁膜２０の上面、あるい
はそれ以上の高さに及ぶように形成される。第８図では
、エピタキシャル成長層２２の上面は絶縁膜２０の上面
と略一致する程度の図となっている。

つぎに、前記絶縁膜２０は除去される。その後、再び常
用のホトリソグラフィによって、少なくとも前記エピタ
キシャル成長層２２は部分的にエツチングされ、第９図
に示されるように、ウェハ１７の主面には、半導体レー
ザ部３と非点隔差補正板４を１組とする単位体２３が縦
横に複数形成される。半導体レーザ部３は、前述のよう
に、エピタキシャル成長Ｎ２２のエツチング時、半導体
レーザ形成部２１の周縁を一定の幅エツチングするよう
にエツチングされる。これは、エピタキシャル成長層２
２が、多層成長層７の端面に各層に亘って残留すると、
各層が電気的に導通状態どなり、レーザ発振しなくなる
ことから、レーザ発振を妨げなくするためにも必要であ
る。また、半導体レーザ部３の共振器１２の一端側には
、エピタキシャル成長層２２によって構成される非点隔
差補正板４が形成される。この非点隔差補正板４は両手
面が相互に平行となる平板構造からなるとともに、共振
器１２の延長方向に対して所定の角度（α）を有するよ
うに形成され、第２図に示されるように、半導体レーザ
部３から発光されたレーザ光１６が、この非点隔差補正
板４を透過した場合、レーザ光１６における接合の水平
横モードの発光点（ビームウェスト）が、前記半導体レ
ーザ部３の端面に位置するように補正されるようになっ
ている。

つぎに、このようなウェハ１７は裏面がエツチングされ
てウェハ１７の厚さが１１００ｔｔ程度にされる。その
後、ウェハ１７の主面の半導体レーザ部３上にはＣｒ／
Ａｕからなるアノード電極１４が、裏面にはＡ　ｕ　Ｇ
　ｅ　Ｎ　ｉ　／　Ｐ　ｄ　／　Ａ　ｕからなるカソー
ド電極１５がそれぞれ設けられる。また、ウェハ１７は
第９図の二点鎖線で示される部分で縦横に分断が行われ
、第１図に示されるような光素子１が多数製造される。

他方、このような光素子１は、第３図に示されるように
、半導体レーザ装置の発光源として使用される。光素子
１は矩形の銅製のステム３ｏの上面（主面）中央部に設
けられた銅製のヒートシンク３１の一側面にソルダー等
によって固定される。

前記ステム３０の主面には受光素子３３が固定されてい
る。この受光素子３３は、光素子１の半導体レーザ部３
から放射されるレーザ光！６を受光し、光出力を検出す
るモニター素子となっている。

また、前記ステム３０には３本のリード３４が取付けら
れている。１本のリード３４はステム３０に電気的にも
接続され、他の２本のリード３４はステム３０を貫通し
、かつステム３０に対して絶縁体３５を介して絶縁的に
固定されている。また、これら貫通状態の２本の絶縁体
３５の上端と光素子１および受光素子３３の電極とがそ
れぞれワイヤ３６を介して電気的に接続される。また、
前記ステム３０の天井部に透明なガラス板３７を気密的
に取り付けた円形の窓３８を有する金属製のキャップ３
９が気密的に固定され、前記ヒートシンク３１、光素子
１、受光素子３３、リード３４の上端部、ワイヤ３６等
を気密的に封止する。したがって、半導体レーザ部３の
上端から発光したレーザ光１６は、非点隔差補正板４お
よび窓３８を通過してステム３０とキャップ３９とによ
って形成されたパッケージ外に発光される。なお、ステ
ム３０には、この半導体レーザ装置を各種機器に取付け
る際使用する取付孔４０が設けられている。

このような実施例によれば、っぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明の光素子にあっては、半導体レーザ部と非
点隔差補正板とがモノリシックに形成されていることか
ら、半導体レーザ部から発光されたレーザ光は非点隔差
補正板を透過することによって、接合の水平横モードの
ビームウェストが前記半導体レーザ部の端面に位置する
ようになり、非点隔差が零となるという効果が得られる
。

（２）上記（１）により、本発明の光素子は非点隔差が
零となるため、外部光学系とのマツチングが良好となり
、使い勝手の良い製品となるという効果が得られる。

（３）上記（１）により、本発明の光素子は、レーザ光
の非点隔差を補正するための非点隔差補正板が付設され
ていることから、従来のように、半導体レーザに対して
相対的に位置決めして非点隔差補正板を取り付ける必要
もなく、面倒な組立作業が不要となるという効果が得ら
れる。

（４）上記（３）により、本発明の光素子は、半導体レ
ーザ部と非点隔差補正板が一体構造となっているため、
半導体レーザ装置の組立も容易となり、組立コストの低
減が達成できるという効果が得られる。

（５）本発明によれば、半導体レーザ部と非点隔差補正
板が一体的となった光素子の製造において、半導体レー
ザ部と非点隔差補正板は精緻な加工が可能なホトリソグ
ラフィによって形成されるため、両者の位置関係および
寸法精度は高精度となり、再現性良く高品質な光素子を
製造できるという効果が得られる。

（６）上記（１）〜（５）により、本発明によれば、非
点隔差補正機能付の光素子を安価に製造できるとともに
、このような光素子の組み込みにより、非点隔差補正機
能付半導体レーザ装置を安価に提供することができると
いう相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である情報処理用半導体レ
ーザ素子製造技術に適用した場合について説明したが、
それに限定されるものではな（、たとえば、光通信用半
導体レーザ素子製造技術などに適用できる。

少なくとも本発明は、非点隔差を存する半導体レーザに
ついては適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明の光素子は、レーザ光を端面から発光する半導体
レーザ部と、このレーザ光の非点隔差を補正する非点隔
差補正板とは、化合物半導体基板の主面にモノリシック
に形成されていることから、利得ガイド形の半導体レー
ザであワても非点隔差が消失して光学系とのマツチング
良好となる。また、この光素子の半導体レーザ部と非点
隔差補正板との寸法精度は、前記半導体レーザ部と非点
隔差補正板とが加工寸法精度の高いホトリソグラフィに
よって同時に形成されることから高精度となる。したが
って、非点隔差補正のための組立作業が不要となり、半
導体レーザ装置の製造コスト低減が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体レーザ部と非点
隔差補正板とをモノリシックに組み込んだ光素子を示す
斜視図、 第２図は同じくレーザ光の非点隔差補正状況を示す光素
子の模式的平面図、 第３図は本発明の光素子を組み込んだ半導体レーザ装置
の一部が切り欠かれた状態を示す斜視図、第４図は同じ
く光素子の製造方法におけるチャネルが設けられたウェ
ハを示す断面図、第５図は同じく多層成長層および電流
狭窄用拡散層が形成されたウェハの断面図、 第６図は同じ（部分エツチングによって半導体レーザ形
成部が設けられたウェハの断面図、第７図は同じく平面
図、 第８図は同じく埋込層が形成されたウェハの断面図、 第９図は半導体レーザ部と非点隔差補正板が形成された
ウェハの平面図である。 ｌ・・・光素子、２・・・基板、３・・・半導体し―ザ
部、４・・・非点隔差補正板、５・・・基部、６・・・
チャネル、７・・・多層成長層、８・・・クラッド層、
９・・・活性層、１０・・・クラッド層、１１・・・キ
ャップ層、１２・・・共振器、１３・・・拡散層、１４
・・・アノード電極、１５・・・カソード電極、１６・
・・レーザ光、１７・・・ウェハ、１８・・・マスク、
１９・・・絶縁膜、２０・・・絶縁膜、２１・・・半導
体レーザ形成部、２２・・・エピタキシャル成長層、２
３・・・単位体、３０・・・ステム、３１・・・ヒート
シンク、３３・・・受光素子、３４・・・リード、３５
・・・絶縁体、３６・・・ワイヤ、３７・・・ガラス手
反、３８・・・窓、３９・・・キャップ、４０・・・取
付孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板と、この基板の主面にモノリシックに突
   出形成された半導体レーザ部と、前記半導体レーザ部か
   ら発光されるレーザ光の光路に位置しかつこの光路に対
   して所望の角度を有するように前記基板主面にモノリシ
   ックに突出形成された透明な非点隔差補正板とを有する
   ことを特徴とする光素子。 ２、前記非点隔差補正板は前記半導体レーザ部から発光
   されるレーザ光の水平横モードのビームウェストを前記
   半導体レーザ部の端面に補正するように構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光素子。 ３、前記光素子は全体が化合物半導体で構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光素子。 ４、半導体基板の主面にチャネルを設ける工程と、前記
   基板の主面にダブルヘテロ接合を有する多層成長層を形
   成する工程と、前記多層成長層を前記ダブルヘテロ接合
   を越える深さにまでエッチングして半導体レーザ形成部
   を形成する工程と、前記半導体レーザ形成部の周囲の基
   板主面にレーザ光が透過できるエピタキシャル成長層を
   形成する工程と、前記エピタキシャル成長層の部分エッ
   チングおよび前記半導体レーザ形成部の周囲のエッチン
   グによって半導体レーザ部と、この半導体レーザ部から
   発光されるレーザ光の光路に位置する非点隔差修正板と
   を形成する工程と、を有することを特徴とする光素子の
   製造方法。