JPS63289888A - 半導体レ−ザ装置 - 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〕 この発明は半導体レーザ装置に関し、特にＡｕの砿・散
による半導体素子の特性劣化を防止し、良好な放熱効果
が得られる成極構造の改良に関するものである。

〔従来技術〕

ストライブ型半導体レーザ装置において、特に活性層、
即ちｐｎ接合が形成される側の電極は、ｖＦ、’ｉｔ極
と活性＠域との距離が極めて近いこともあり、電極を構
成する金（Ａｕ）が熱処理時に拡散して該活性領域に到
達し、半導体素子の特性を劣化させたり、寿命を低下さ
せる等の大きな影響を及ぼすことがある。

従って、このような不具合を除き信頼性の高い電極を得
るためには、Ａｕと半導体との間にＡｕの拡散を防ぐバ
リア金属、例えばチタン（Ｔｉ）　、白金（Ｐｔ）等を
挿入した〔半導体／　Ｔｉ　／　Ａｕ　）或いは「半導
体／　Ｔｉ　／　Ｐｔ　／　Ａｕ　Ｊのような層構造の
べ極が採用されている。これによってＡｕの半導体への
拡散はある程度抑制されるが完全ではなく、半導体素子
の信頼性て未だ幾分の問題が残されていた。これはＴｉ
或いＨＰｔの粒界を介したＡｕの拡散が生じ優るためで
ある。

第３図は上記のような層構成の例として、Ｔ１／Ａｕ’
！、ｆｆｌを適用して形成された従来のストライプ型半
導体レーザ装置の一実施例を示す斜視図であり、第４図
は同様の構成で構造が一部異なる電極を適用した池の実
施例の斜視図を示す。

図において、１ｌｌｉｄｎ型Ｇａ　Ａｓ基板、［２１＋
ｄｎ型ＡＬＧａＡｓ　（アルミニウム砒化ガリウム）ク
ラッド層、［３）　！１　ＡＪＬＧａＡ　ｓ活性層、（
４）はｐ型Ａ４ＧａＡｓクラッド層、ｆ５］　ｔｔｌ　
ｎ型ＡｆＧａＡｓ電流ブロック層、（６）は各層（２）
〜（５）より成る第１段階結晶成長層で、これらの各層
Ｉｎ　ＭＯＣＶＤ　（：ｖｌｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ
　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏ−ｓ　ｉ　
ｔ　１ｏｎ）法やＭＢＥ　（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅ
ａｍ　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）法などの気相結晶成長法或
いｎ　ＬＰＥ　（Ｌｉｑｕｉｄ　ＰｈａｓｅＥｐｉｔａ
ｘｉａｌ）法などの液相成長法のいずれの方法により形
成されてもよい。

（７）は′ｉ流狭゛β領域で、ｎ型ＡＪＧａＡｓ　’ｉ
流ブロックＩ？Ｊ　（５１をストライブ状にエツチング
して形成される。（８）はｐ型Ａ４ＧａＡａ埋込層、（
９）はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、＋ｌｏｔは各層＋８
１　、　＋９１より成る第１段階結晶成長ｌｉ→で、各
層とも前記気相結晶成長法又は液相成長法により順に形
成される。（＋１１は活性層（３）の活性領域、［＋２
１はｐ側の表面電極、（１２ａ）はオーミック・コンタ
クト層で、コンタクト層（９）上に例えばチタン（Ｔｉ
）を約５０ＯＡの厚さに真空蒸着して形成される。（１
２ｂ）　Ｈボンディング層で、オーミック・コンタクト
層（１２ａ）上にＡｕを例えば約３００ＯＡの厚さに真
空蒸着して形成され、オーミック・コンタクト層（１２
ａ）とともに表面電極（１２）を構成する。

＋１３）はｎ側の裏面電極で、例えばＡｕ　−Ｇｅ／Ｎ
　ｉ／Ａｕをこの順に真空蒸着して形成される。（＋４
）Ｕコンタクト層（９）のストライブ状の凹溝である。

以上のように形成された半導体レーザ素子に、コンタク
ト層（９）とオーミック・コンタクト／１Ｊ）（１２ａ
）及びＧａＡｓ基板ｉｌ＋と裏面成極（１鵠間の良好な
オーミック接合を形成するために、例えばＨ２雰囲気中
にて約４３０°Ｃの品度で熱処理される。

この際にＡｕの熱拡散が生じるが、第１段階結晶成長懇
（１０ｉの厚みが、例えば２〜３声ｍであるのに対して
、ＧａＡ＊基板ｉ１１の厚みは、例えば９０〜１００μ
ｍとはるかに厚いため、裏面電極αＪよりのＡｕの熱拡
散による活性領域（１１）への影響は問題にならない。

問題となるのに表面電極（１２１よりのＡｕの熱拡散に
よる影響であるが、上記第３図に示す従来装置ではオー
ミックψコンタクト層（１２ａ）のＴｉがＡｕに対する
バリアとしても働き、各半導体層へのＡｕの拡散を防止
する。

なお、上記のように構成された半導体レーザ装置におい
ては、表面（１２１−裏面（＋３１磁極間にｐｎ接合の
順方向バイアス′成圧が印加されると、′４流は電流狭
゛ダ領域（７）から活性領域（＋＋）に集中して流れ、
両側のクラッド１４　（２＋　、　（４１から電子と正
孔が注入される。然して、注入されたこれらのキャリア
はへテロ接合界面におけるバリアによって朋し込められ
て、活性領域（１１）でのみ効率よく再結合し発光する
。

さらに、活性層（３）と両側のクラッド層＋２１　、　
＋４１との屈折率の差により、また電流ブロック層（５
）の有無による活性層（３）内の横方向の屈折率の差に
よって、発生した光の大部分は活性層４＄、ｉｓ’＋中
に閉じ込められ、安定した横モード発振が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の半導体レーザ装置では、Ａｕの拡散
に対するＴ１のバリア効果がかなり高いことは認められ
ているものの未だ十分とはいえず、しばしば半導体素子
の劣化は生じており、信頼性の点で問題が残されていた
。発明者はこの原因追求の研究を進め、以下の原因を見
出した。

即ち、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法或いはＬＰＥ法で形成さ
れる結晶成長層には、ベースとなる結晶基板の表面形状
をそのまま保持するという特性がある。従って、第３図
及び第４図の従来の実施例に示すように、韓或いはリッ
ジ（Ｒｍｄｇｅ）等の凹凸を有する第１段階結晶成長層
（６）上に形成される第１段階結晶成長ｆｇ４（ｌｏｔ
は、同様の凹凸をもって形成されることとなり、最終成
長層であるコンタクト層（９）の表面は、平坦な（１０
０）面のほか、そのストライブ状の凹溝（＋４）の斜面
に、（１００）面より結晶性が劣る（１１１）面、或い
ｑそれ以外の複雑な面を持つものとなる。

このため、第３図の実施例に示すもののようにコンタク
ト層（９）の全面を覆って表面１１を極（田が形成され
ている場合には、熱処理時にオーミック・コンタクト層
（１２ａ）のＴＩの粒界を通じて拡散する温かのＡｕが
、結晶性の劣るコンタクト＋＊　＋９１の（１１１）面
から結晶内部に拡散し、最悪の場合には活性領域！１１
＋に達して半導体素子の特性を劣化させるに至る訳であ
る。

そこで、このようなＡｕの拡散により起る不具合を防止
するため、巣４図の他の実施例に示すように、結晶性の
劣るコンタクト層（９）の凹溝（１４１部を避けて表面
′電極（１２）を形成すると、活性領域（１１）へのＡ
ｕの拡散は防げるものの、表面電極（１２ｆを半田材を
介してヒートシンク（図示せず）に接着する、いわゆる
ジャンクション・ダウン（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｄｏｗｎ
）組立を行なう場合には、露出している凹溝θ４）部の
コンタクト層（９）と半田材とのぬれ性が悪いため、凹
溝０４）部Ｖｃまで表面′電極（１２１が形成されてい
る第３図に示すものに比べて放熱効果が低下し、動作中
に半導体素子が湿度上昇をきたすという問題点があった
。凹溝（１４）部は或流が集中する電流Ｐ室領域（７）
の真上に位置するため、核部よりの放熱の低下は大きな
問題となる。

この発明に上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、製造工程中におけるＡｕＯ熱拡散による半導
体素子への悪影響を防止し、かつ、半導体素子の動作中
の発生熱を効果的に放散できる電極を備えた半導体レー
ザ装置を得ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る半導体レーザ装置は、ストライブ状の凹
溝を有する半導体層上に、順に形成されるオーミック・
コンタクト層とボンディング１１列より成る゛）と極が
形成されるものにおいて、核オーミ°シク・コンタクト
ｈは該半導体層の凹溝部及びリッジ部上に形成し、該ボ
ンディング層（ζ該凹溝部を除く該オーミック・コンタ
クト層のリッジ・部上に形成させたものである。

〔作用〕

この発明においては、活性領域の真上Ｑで在り、かつ結
晶性の劣る（１１１）面を持つ半導体層の凹４部を避け
てボンディング層が形成されるので、Ａｕの熱拡散によ
る活性領域への悪影響が防止される。

また、オーミック・コンタクト層が該半導体１位の凹溝
部及びリッジ部上に形成されるので、この半導体レーザ
装置をジャンクション・ダウン組立する場合、該オーミ
ック・コンタクト層の凹溝部を含む゛電極の表面がむら
なく半田材にぬれるため、半導体素子の発生熱を効果的
に放散できる。

〔実施例〕

第１１￥１は、この発明の一天流側を示す斜視図であり
、（１）〜（＋４１Ｕ上記従来装置と同一、又は相当の
ものである。

ｆｉｌ　〜（１１）　、　（１２ａ）　、（１３）　〜
（＋４）　ｕ従来装置と同様にして形成される。ホンデ
ィング層（１２ｂ）の形成にあたって：１、例えば真空
蒸着法によってオーミック・コンタクト層（１２ａ）上
にＡｕを連続的に形成させた後、凹Ｊ　（１４）ｍの上
のＡｕのみをエツチングによって除去した。

上記のように構成された半導体レーザ装置においてに、
ホンディング！　（１２ｂ）がコンタクト層（９）の凹
、４１１４部部から外れて形成されるので、熱処理時に
Ａｕが熱拡散して活性頭［（＋１１へ達することはなく
なる。また、オーミック・コンタクト層（１２ａ）がコ
ンタクト層（９）の凹溝（ｎ）部を覆って形成されるの
で、ジャンクション・ダウン組立されても、表面電極０
りの表面はむらなく半田材にぬれるため、半導体素子の
発生熱を効果的に放散できる。

なお、上記実施例においてニ、〔オーミック・コンタク
ト層〕／〔ボンディング層〕から成る表面電極の構成が
（Ｔｉ’：］／ＣＡｕ）であるものを示したが、（Ｃｒ
　（クローム）　）　／　ＣＡｕ、：ｌ　、　（Ｃｒ／
Ｐｔ）／ＣＡｕ１　。

〔ＴＩＡＯ（モリブデン）　：）　／　（Ａｎ）　、　
（Ｔｉ／Ｐｔ／Ｍｏ：］／（Ａｕ）　、　（Ｔｔ／１）
ｔ　）　／　（Ａｕ）などで構成させてもよい。

また、半導体素子を形成する材料としてＧ　ａ　Ａ　ｓ
／ＡＪＧａＡｓ系のものを示したが、この他の■−■族
半辱体材料、例えば１ｎＰ　／　ＩｎＧａＡｓＰやＧａ
Ａｓ　／　ＡＬＧａｌｎＰによって形成させてもよく、
ｎ型或いはｐ型のものは、それぞれｐ塑成いはｎ型のも
ので形成させてもよい。

第２図は、半導体素子の臂開面となる長手方向の両端面
から距離をおいて表面′直・窒（１２）の各層＋１２ａ
）。

（１２ｂ）を形成させた、この発明の池の実施例を示す
斜視図である。この構造のものは、何間の際の表面０２
１−４面（１３）　区極間、の短絡を防止する目的で夫
施されるが、オーミック・コンタクト層（１２ａ）がコ
ンタクト層（９）の凹溝（＋４）部のほぼ全部を覆って
形成されるので、ジャンクション・ダウン組立した際の
！ＪＩ、熱効果に第１図に示した実施例の場合と同様に
得られ、半導体素子が動作中に温間上昇することはない
。

なお、第１図及び第２図いずれの実施例においても、ボ
ンディングＩＷ　（１２ｂ）　Ｈ凹溝（１４ｍの両側の
オーミック・コンタクト層（１２ａ）上に形成されたも
のを示したが、要すれば、いずれか一方の側のオーミッ
ク・コンタクトＩＮＮ　（１２ａ）上のみに形成される
ものであってもよい。また、凹溝（１４）部の長手方向
のオーミック・コンタクト層（１２ａ）の長さと、ボン
ディングＩｉ　（１２ｂ）が形成される側のオーミック
・コンタクト層及びボンディング層の同方向の長さとが
同じであるものを示したが、要すれば、後者に前者より
短く形成されるものであってもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、活性層、即ちｐｎ接合
との距離が近い側の電極を構成するオーミック・コンタ
クト層を、半導体層の凹溝部及びリッジ部上に形成させ
、ボンディング層に、該凹４４部を除く該オーミック・
コンタクト層のリッジ部上に形成させたことにより、裂
造工徨中において、Ａｕの熱拡散による半導体素子への
悪影響を防止し、かつ、ジャンクション・ダウン組立さ
れた半導体素子内の発生熱を効果的に放散できる電極を
備えた半導体レーザ装置が得られる効果がゐる０

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第２図はこ
の発明の他の実施例を示す斜視図、第３図に従来の半導
体レーザ装置の一実施例を示す斜視図、第・４図は従来
の半導体レーザ装置の他の実施例を示す斜視図である。 図において、ｔｌｉｉ４ｎ型ＧａＡ　ｓ基板、ｉ２１１
ｒ！ｈ　ｎ型ＡｆＧａＡｓクラッド層、（３１ｉｄ　Ａ
ＬＧａＡｓ活性層、（４）ばｐＷＡＬＧａ　Ａ　ｓクラ
ッド層、＋５１１ｔ”Ｘ、　ｎ型ＡＪＧａＡｓ　’１（
ｉｆｆブロック層、（７）　ａ　電流狭′９饋域、（８
）はｐ型Ａ４ＧａＡｌ埋込層、（９）はｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層、（Ｉｌｌ　ｉ’ｆ活性領域、（１２）は表
面電極、（１２ａ）　ｆｌオーミック・コンタクト層、
（１２ｂ　）にボンディング層、Ｑ：ｌｊＡ面電極、０
４）はコンタクト層の凹溝である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子の一方の面にストライプ状の凹溝が形
   成された半導体層を有し、該半導体層上に、順に形成さ
   れるオーミック・コンタクト層とボンディング層より成
   る一方の電極を有し、該半導体素子の相対する面上に他
   方の電極を有する半導体レーザ装置において、該オーミ
   ック・コンタクト層は該半導体層の凹溝部及びリッジ部
   上に形成され、該ボンディング層は該凹溝部を除く該オ
   ーミック・コンタクト層のリッジ部上に形成されている
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。