WO2005091454A1 - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

 複数のリッジ16・36を並設した素子において、各リッジ16・36を挟むようにサポート17・37を形成する。より具体的には、リッジ16の素子外側に第1サポート17aを形成し、素子内側に第2サポート17bを形成する。また、リッジ36の素子外側に第1サポート37aを形成し、素子内側に第2サポート37bを形成する。これにより、素子製造時に素子表面にレジストを塗布してスピンコートを行っても、リッジ16・36よりも素子内側のレジストがリッジ間の溝に流れるのを、この第2サポート17b・37bである程度抑えることができ、リッジ16・36に対して素子内側のレジスト膜厚が素子外側に比べて大幅に薄くなるのを回避することができる。

Description

明 細 書
半導体レーザ素子及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、ストライプ状のリッジを複数有する半導体レーザ素子及びその製造方法 に関するものである。
背景技術
[0002] 従来から、リッジストライプ型の半導体レーザ素子が種々提案されて!ヽる(例えば特 許文献 1参照)。例えば、図 8Aは、従来の半導体レーザ素子の平面図を示し、図 8B は、上記半導体レーザ素子の断面図を示している。この半導体レーザ素子は、基板 上に、 n型クラッド層、活性層、 p型クラッド層、エッチングストッパ層、 p型クラッド層、 p 型コンタクト層が順に形成されている。そして、 p型クラッド層及び p型コンタクト層をェ ツチングすることにより、素子表面にリッジ 101が形成されているとともに、リッジ 101の 両側に所定間隔おいてサポート 102· 102が形成されている。なお、説明を簡略化す るため、図中では、 n型ブロック層、 p型電極及び n型電極の図示を省略している。
[0003] ここで、上記半導体レーザ素子の素子幅を 300 μ mとすると、リッジ 101の中心から サポート 102· 102におけるリッジ 101側の端までの距離(以下では、リッジ サポート 間距離と称する)は、例えば 70 mに設定されており、また、サポート 102 · 102の幅 (チップ幅方向のサポート 102 · 102の長さ)は、それぞれ 50 mであり、合わせて 10 0 mに設定されている。したがって、チップ幅に対するサポート幅の割合は、(100 /300) X 100 33%となって!/ヽる。
[0004] このような構成の半導体レーザ素子は、図 8Cに示すように、基板におけるリッジ 10 1及びサポート 102· 102側をサブマウント 110に取り付け、このサブマウント 110を介 して保持体 (図示せず)に保持される (ジャンクションダウン方式)。
[0005] また、従来から、 2本のリッジを有し、異なる波長のレーザ光又は同一波長のレーザ 光を 2本出射することが可能なツインストライプ型の半導体レーザ素子も種々提案さ れている(例えば特許文献 2参照)。この種の半導体レーザ素子は、例えば以下の手 法により製造される。なお、以下では、半導体レーザ素子をサブマウントを介して保 持体にて保持させる、いわゆるジャンクションダウン方式が適用される半導体レーザ 素子の製造方法について説明するが、図 8A—図 8Cに示した半導体レーザ素子と 同一の構成部分には同じ参照符号を付与して説明する。
[0006] まず、基板上に、 n型バッファ層、 n型クラッド層、活性層、第 1の p型クラッド層、エツ チンダストッパ層、第 2の p型クラッド層、 p型コンタクト層を形成する。そして、第 2の p 型クラッド層及び P型コンタクト層をドライエッチング及びウエットエッチングすることに より、 2本のリッジ 101 · 101を形成するとともに、リッジ 101 · 101の外側に一対のサポ ート 102· 102を形成する(図 9A参照)。なお、説明を簡略化するため、図中では、 n 型ブロック層、 p型電極及び n型電極の図示を省略して ヽる。
[0007] 次に、素子表面に n型ブロック層 103を形成し(図 9B参照)、その上にレジスト(以 下、単にレジストと称する) 104を塗布する(図 9C参照)。そして、リッジ 101 · 101のト ップ表面のレジスト 104を除去すベぐ当該トップ以外を遮光する遮光部 105をマスク として、レジスト 104に対して露光する(図 9D参照)。これにより、リッジ 101 · 101のト ップ及びその近傍のレジスト 104が除去される(図 9E参照)。
[0008] 続いて、リッジ 101 · 101のトップの n型ブロック層 103をエッチングして除去する(図 9F参照)。その後、レジスト 104を剥離し(図 9G参照)、リッジ 101 · 101のトップと導 通する P型電極 106を素子表面に形成する(図 9H参照)。一方、基板の裏面 (p型電 極 106とは反対側)には、 n型電極(図示せず)を形成する。
特許文献 1:特許第 3348024号公報
特許文献 2:特開 2003— 69154号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] ところで、図 9Cで示したレジスト 104の塗布工程は、一般に、スピンコート法によつ て行われる。このスピンコート法では、レジスト 104を素子表面に滴下した後、ウェハ を回転させてレジスト 104を横方向に広げ、光照射によってこれを硬化させている。
[0010] ところが、上述した製造方法では、 1個のリッジ 101に対して、一方の側(図 9Aない し図 9Hでは素子外側)にしかサポート 102を形成していないため、スピンコートにより 形成されるレジスト 104の膜厚が、実際には、リッジ 101に対して内側(サポート 102 の存在しない側)と外側(サポート 102の存在する側)とで微妙に異なってしまう。これ 力 素子特性に悪影響を及ぼす結果となる。この点について、図 10Aないし図 10D を参照しながら説明する。
[0011] 図 10Aは、図 9Eで示した工程において、レジスト 104の膜厚が、 1個のリッジ 101 に対して素子内側で薄ぐ素子外側で厚くなつた場合を示している。スピンコートによ りレジスト 104を素子表面に塗布した場合、その直後にリッジ間の溝にレジストが流れ 込む。この流れ込みによって素子内側でレジスト 104の膜厚が薄くなりすぎることがあ り、極端な例では当該レジスト 104に穴 107が開いてしまう場合もある。
[0012] すると、図 9Fで示した n型ブロック層 103のエッチング工程では、図 10Bに示すよう に、リッジ 101のトップの n型ブロック層 103のみならず、リッジ 101よりも素子内側のレ ジスト 104の穴 107を介して、その下層の n型ブロック層 103までもがエッチングにより 除去され、隙間 108が形成されてしまう。したがって、この状態でレジスト 104を剥離 し(図 10C参照)、リッジ 101を覆うように p型電極 106を形成した場合には、 n型プロ ック層 103の隙間 108にも p型電極 106が入り込む(図 10D参照)。このような構造上 の不良によって、素子の光出力などの素子特性が劣化することになる。
[0013] 力!]えて、半導体レーザ素子では、周囲温度が変化すると、それに伴って、例えば、 一定の光出力を得るのに必要な動作電流や動作電圧、波長などの諸特性が変動す る。ここで、以下では、周囲温度に対する諸特性のことを温度特性と称し、周囲温度 に対して諸特性が変動することを温度特性の低下と称することにする。温度特性の低 下は、素子の信頼性を低下させる要因となるため、極力、これを抑制することが必要 である。
[0014] ここで、半導体レーザ素子の諸特性のうち、動作電流について着目すると、レーザ 光を出力する活性層の温度が高くなればなるほど、動作電流が上昇する。これは、 活性層の温度が高くなればなるほど、電流を光に変換する効率 (変換効率)が低下 する力らである。したがって、素子の信頼性を向上させるためには、活性層及びその 周囲にて発生する熱を活性層以外の部位 (素子以外の部位)に逃がし、活性層の温 度上昇を抑制して、動作電流の上昇を抑制する必要がある。
[0015] そこで、ジャンクションダウン方式が適用される半導体レーザ素子では、例えば図 8 A—図 8Cに示したとおり、リッジの両側にサポート 102· 102を設け、活性層にて発生 する熱を、リッジ 101及びサポート 102· 102を介してサブマウント 110に伝達させるよ うにしている。
[0016] しかし、上記した従来の半導体レーザ素子の構成では、リッジ サポート間距離が 7 0 mと比較的広めに設定されており、また、チップ幅に対するサポート幅の割合は( 100Z300) X 100 33%と比較的小さいため、実際にはリッジ 101下部の活性層 にて発生した熱がサポート 102· 102を介してサブマウント 110に伝達されにくい。そ のため、実際には素子の放熱が不十分であり、活性層の温度上昇を確実に抑制でき るまでには至らず、その結果、動作電流が上昇 (温度特性が低下)し、素子の信頼性 が確実に向上するまでには至って ヽな 、。
[0017] なお、一方で、リッジ サポート間距離を短くしすぎるとリッジ 101とサポート 102· 10 2間のエッチングがしにくぐまた、チップ幅に対するサポート幅の割合が大きすぎると 、リッジ 101やサポート 102 · 102のエッチングストッパ層までのエッチングの際に、ェ ツチングの進行を目視で確認するための領域が減るため、エッチングの進行を目視 で確認することが困難となり、素子の製造がかえって困難となるため、妥当ではない。
[0018] 加えて、ツインストライプ型の半導体レーザ素子においては、 1個のリッジ 101に対 して、一方の側(図 9Aないし図 9Hでは素子外側)にしかサポート 102を形成してい ないため、上述の問題はより顕著になる。
[0019] 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ッ インストライプ型の半導体レーザ素子において、(1)リッジを複数有する素子の製造 時に、各リッジの両側に塗布されるレジストの膜厚を均一化することができ、これによ つて構造上の不良を無くし、(2)素子の製造困難性を回避しながら、(3)素子の放熱 性を確実に向上させることによって、素子の温度特性を確実に向上させ、これによつ て素子の温度特性及び信頼性を向上させることができる半導体レーザ素子及びその 製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0020] 本発明の半導体レーザ素子は、リッジを保護する一対の第 1サポートの内側に、前 記リッジが複数並設された半導体レーザ素子であって、前記複数のリッジの間に、前 記リッジを保護する第 2サポートが設けられて 、ることを特徴として 、る。
[0021] 上記の構成によれば、並設された複数のリッジの外側に一対のサポート(第 1サボ ート)が形成されているが、その複数のリッジの間にもサポート (第 2サポート)が形成 されている。これにより、例えば、素子製造時に素子表面にレジストを塗布してスピン コートを行っても、リッジよりも素子内側のレジストがリッジ間の溝に流れるのを、この 第 2サポートである程度抑えることができ、リッジに対して素子内側のレジスト膜厚が 素子外側に比べて大幅に薄くなるのを回避することができる。その結果、その後のェ ツチング工程 (例えば、リッジを覆うように形成されるブロック層のリッジトップの部分の エッチング工程)にて、素子内側のレジストの下層(リッジトップ以外のブロック層)まで エッチングされ、素子構造が不良となるのを回避することができ、素子特性の劣化を 回避することができる。
[0022] 特に、上述した第 2サポートが、各リッジに対応して設けられていれば、 1個のリッジ の両側に個々にサポート (第 1サポート及び第 2サポート)が形成され、 1個のリッジが 第 1サポートと第 2サポートとで挟まれる位置関係となる。したがって、各リッジに対し て素子内側のレジスト膜厚が素子外側に比べて薄くなるのを、各リッジごとに確実に 回避することができ、上述した構造不良による素子特性の劣化を確実に回避すること ができる。
[0023] また、素子の最外縁にエッチングの進行を確認するためのモニタ領域が設けられて いれば、上述した第 2サポートの形成によって、素子内側の領域にてその後のエッチ ングの進行が確認できなくても、素子最外縁のモニタ領域にてそれを確認することが できる。その結果、エッチング不良による素子の構造不良が発生するのを回避するこ とがでさる。
[0024] また、このモニタ領域が、素子を分離するための分離溝を兼ねていれば、当該分離 溝に、素子分離としての機能とエッチングの際のモニタ機能とを両方持たせることが でき、上記のモニタ領域を分離溝で代用することができる。
[0025] さらに、前記リッジの中心力も前記サポートにおける前記リッジ側の端までの距離 (リ ッジ—サポート間距離)が、 20 /z mよりも大きく、 50 m未満に設定されていれば、 50 /z m未満のリッジ サポート間距離は、従来の 70 /z mに比べて十分に短いので、リツ ジ下方の活性層にて発生した熱力 リッジだけでなくサポートにも確実に伝達される。 これにより、上記の熱をリッジ及びサポートを介して外部(例えば、ジャンクションダウ ン方式であれば、サブマウントを介して保持体)に確実に放散することができ、素子の 放熱性を確実に向上させることができる。その結果、活性層での温度上昇を確実に 抑制して、素子の温度特性を確実に向上させることができ(例えば一定の光出力を 得るための動作電流を確実に低減することができ)、素子の信頼性を確実に向上さ せることができる。また、リッジ サポート間距離は 20 /z mよりも大きいので、リッジーサ ポート間のエッチングに支障をきたすことはなぐ素子の製造の困難性を十分に回避 することができる。
[0026] また、リッジ サポート間距離は、 20 mよりも大きく、 40 m以下に設定されている ことが好ましぐ 20 mよりも大きく、 33 m以下に設定されていることがさらに好まし い。このように、リッジ サポート間距離の上限を小さくすることにより、素子の放熱性 をさらに確実に向上させ、素子の信頼性をさらに確実に向上させることができる。特 に、リッジ サポート間距離が 30 μ m以上 33 μ m以下に設定されていれば、上記の 効果を確実に得ることができるとともに、リッジ サポート間のエッチング領域も広がる ため、そのエッチングがしゃすくなる。
[0027] また、半導体レーザ素子のチップ幅(Wc)に対する前記サポートの幅(Wss;全サポ ートの幅の合計)の割合 (Rw)力 33%よりも大きぐ 52%未満に設定されていれば 、従来よりもサポート面積が確実に増える。なお、サポート面積とは、素子を上方から 見た場合のサポート表面の平面的な面積を指す。これにより、サポートでの放熱効果 、すなわち、活性層にて発生した熱の外部への放熱効果を確実に向上させることが できる。したがって、活性層での温度上昇を確実に抑制して、素子の温度特性を確 実に向上させることができる(例えば一定の光出力を得るための動作電流を確実に 低減することができる)。その結果、素子の信頼性を確実に向上させることができる。
[0028] また、サポート幅は、チップ幅の 52%未満であるので、リッジ及びサポートのエッチ ングの際のモニタ領域 (エッチングストッパ層までのエッチングの進行を確認するため の領域)を十分に確保することができる。その結果、リッジ及びサポートのエッチング に支障をきたすことはなぐ素子の製造の困難性を十分に回避することができる。 [0029] ところで、素子におけるリッジ長手方向の長さが一定の場合、チップ幅に対するサ ポート幅の割合は、素子面積 (素子を上方から見た場合の素子表面の平面的な面積 )に対するサポート面積の割合と等しい。したがって、素子面積に対するサポート面 積の割合が、 33%よりも大きぐ 52%未満に設定されていても、上記と同様の効果を 奏すると言える。また、この場合、サポートの平面形状が矩形に限定されなくなるので 、種々の平面形状のサポートを構成することができ、素子のノリエーシヨンを増大させ ることがでさる。
[0030] また、サポートの幅は、素子のチップ幅の 44%よりも大きぐ 50%未満に設定され ていることが望ましい。サポートの幅が素子のチップ幅の 44%よりも大きいと、サポー ト面積がより増大することによって、サポートでの放熱効果がより増大する。したがって 、活性層での温度上昇をより確実に抑えて、素子の温度特性をより確実に向上させ ることができる。その結果、素子の信頼性をより確実に向上させることができる。
[0031] また、サポート幅が素子のチップ幅の 50%未満に設定されていれば、上記のモ- タ領域をより広く確保できるので、リッジ及びサポートのエッチングに支障が生じるの をより確実に回避することができ、素子の製造の困難性をより確実に回避することが できる。
[0032] また、上記と同様の考え方より、素子面積に対するサポートの面積の割合が、 44% よりも大きぐ 50%未満に設定されていても、上記と同様の効果を得ることができ、し 力も、種々の平面形状でサポートを構成することができる。
[0033] また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、素子表面に複数のリッジを並べ て形成するとともに、各リッジに対して、各リッジを挟むように複数のサポートを形成す る工程と、前記リッジ及び前記サポートの表面にブロック層を形成する工程と、スピン コート法により、前記ブロック層の表面に保護膜を塗布する工程と、前記リッジのトツ プを覆う前記保護膜を除去する工程と、前記保護膜をマスクとして、前記リッジのトツ プを覆う前記ブロック層を除去する工程と、前記リッジを覆うように電極層を形成する 工程と、を有していることを特徴としている。
[0034] この製造方法によれば、複数並設される各リッジを挟むようにサポートが形成される 。つまり、各リッジの両側(素子内側及び素子外側)にサポートが形成される。この状 態で、各リッジ及び各サポート表面にブロック層を形成し、このブロック層の表面に保 護膜 (例えばレジスト)をスピンコートにより塗布したときには、各リッジに対して素子内 側のレジストがリッジ間の溝に流れるのを、リッジに対して素子内側のサポートである 程度抑えることができる。これにより、リッジに対して素子内側のレジスト膜厚が、素子 外側のレジスト膜厚より大幅に薄くなることがない。
[0035] したがって、その後、リッジトップを覆うレジストを除去し、そのレジストをマスクとして リッジのトップを覆うブロック層を除去するときでも、リッジよりも素子内側のレジスト下 層のブロック層まで除去する事態を回避することができ、次にリッジを覆うように電極 層を形成したときでも、この電極層がリッジ以外でブロック層の間に入り込むのを回避 することができる。その結果、素子構造が不良となるのを回避することができ、素子特 性の劣化を回避することができる。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]本発明の実施の一形態に係る半導体レーザ素子の概略の構成を示す断面図 である。
[図 2]上記半導体レーザ素子をサブマウントにジャンクションダウン方式で接続した状 態を示す断面図である。
[図 3]図 3Aないし図 3Hは、図 1に示した半導体レーザ素子の製造工程を示す断面 図である。
[図 4]図 1に示したツインストライプ型の半導体レーザ素子うちの一方の赤色レーザ射 出部を単独の半導体レーザ素子として作製した場合の概略構成を示す断面図であ る。
[図 5]リッジ-サポート間距離と動作電流との関係を示すグラフである。
[図 6]チップ幅に対するサポート幅の割合と動作電流との関係を示すグラフである。
[図 7]図 7Aないし図 7Cは、サポートの他の構成例を示す平面図である。
[図 8]図 8Aは、従来の半導体レーザ素子の平面図であり、図 8Bは、上記半導体レー ザ素子の概略の構成を示す断面図であり、図 8Cは、上記半導体レーザ素子をサブ マウントにジャンクションダウン方式で接続した状態を示す断面図である。
[図 9]図 9Aないし図 9Hは、従来の半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図であ る。
[図 10]図 10Aないし図 10Dは、図 9Eの及び図 9Fの製造工程の一部を詳細に示す 断面図である。
符号の説明
5 分離溝 (モニタ領域)
16 リッジ
17 サポート
17a 第 1サポート
17b 第 2サポート
18 ブロック層
19 p型電極 (電極層)
36 リッジ
37 サポート
37a 第 1サポート
37b 第 2サポート
38 ブロック層
39 p型電極 (電極層)
51 ブロック層
52 レジスト (保護膜)
発明を実施するための最良の形態
[0038] 本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下のとおりであ る。
[0039] 図 1は、本発明に係る半導体レーザ素子 (以下、単に素子と称する)の概略の構成 を示す断面図である。この素子 1は、異なる波長のレーザ光である赤色レーザ光と赤 外レーザ光とを 2本出射することが可能な、ツインストライプ型の素子 1である。この素 子においては、 n型 (第 1導電型) GaAsからなる基板 10上には、赤色レーザ光を出 射する赤色レーザ光出射部 2と、赤外レーザ光を出射する赤外レーザ光出射部 3と が形成されている。 [0040] また、基板 10上において、赤色レーザ光出射部 2と赤外レーザ光出射部 3との間に は、短絡を防止するための分離溝 4が設けられている。また、素子の最外縁には、分 離溝 5が設けられている。この分離溝 5は、本来、同一ウェハにおいて隣接して形成 される素子を分離するためのものであるが、本実施形態では、後述する製造過程で のエッチング時に、エッチングの進行を確認するためのモニタ領域としても機能して いる。
[0041] 赤色レーザ光出射部 2は、基板 10に、 n型 GalnP力 なるバッファ層 11、 n型 AlGa InPからなる n型クラッド層 12、 GalnPZAlGalnPからなり、赤色レーザ光を出射する 活性層 13、p型(第 2導電型) AlGalnP力もなる p型クラッド層 14及び p型 GalnPから なるエッチングストッパ層 15がこの順で積層されて構成されて 、る。
[0042] エッチングストッパ層 15上には、ストライプ状のリッジ 16が形成されているとともに、 そのリッジ 16の両側には、リッジ 16と所定間隔をおいてサポート 17が形成されている 。サポート 17は、後述するサブマウント 45 (図 2参照)に素子を安定して取り付けるた めの支持部であり、このサポート 17の存在により、リッジ 16が保護される。
[0043] サポート 17は、リッジ 16に対して素子外側に位置する第 1サポート 17aと、素子内 側に位置する第 2サポート 17bとで構成されている。リッジ 16のトップを除く表面には 、 n型 AllnPからなるブロック層 18が積層されており、リッジ 16のトップ及びブロック層 18上には、 p型電極 19が積層されている。一方、基板 10の裏面側には、赤外レーザ 光出射部 3と共用される n型電極 20が形成されている。
[0044] 上記のリッジ 16及びサポート 17は、 p型 AlGalnPからなる p型クラッド層 21、 p型 Ga InPからなるコンタクト層 22及び p型 GaAsからなるコンタクト層 23がこの順で積層さ れて構成されている。
[0045] 一方、赤外レーザ光出射部 3は、基板 10に、 n型 AlGaAsからなるバッファ層 31、 n 型 AlGaAsからなる n型クラッド層 32、 AlGaAsZAlGaAsからなり、赤外レーザ光を 出射する活性層 33、 p型 AlGaAsからなる p型クラッド層 34及び p型 AlGaAsからなる エッチングストッパ層 35がこの順で積層されて構成されている。
[0046] エッチングストッパ層 35上には、ストライプ状のリッジ 36が形成されているとともに、 そのリッジ 36の両側には、リッジ 36と所定間隔をおいてサポート 37が形成されている 。サポート 37は、後述するサブマウント 45 (図 2参照)に素子を安定して取り付けるた めの支持部であり、このサポート 37の存在によりリッジ 36が保護される。すなわち、サ ポート 37は、素子加工工程にお!、て加わる応力によってリッジ 36が折れてしまうこと を阻止するように機能する。また、サポート 37は、放熱部材としても有効に機能する。
[0047] サポート 37は、リッジ 36に対して素子外側に位置する第 1サポート 37aと、素子内 側に位置する第 2サポート 37bとで構成されている。リッジ 36のトップを除く表面には 、 n型 AlGaAsからなるブロック層 38が積層されており、リッジ 36のトップ及びブロック 層 38上には、 p型電極 39が積層されている。
[0048] 上記のリッジ 36及びサポート 37は、 p型 AlGaAsからなる p型クラッド層 41、 p型 Ga Asからなるコンタクト層 42がこの順で積層されて構成されている。
[0049] 上記構成の素子は、図 2に示すように、基板 10における p型電極 19 · 39側をサブ マウント 45に取り付け、このサブマウント 45を介して保持体(図示せず)に保持される (ジャンクションダウン方式)。
[0050] このように、本実施形態の素子では、複数のリッジ 36 · 16がー対の第 1サポート 37a •17aの内側に並設されており、その複数のリッジ 36 · 16の間に、第 2サポート 37b ' 1 7bが設けられている。特に、本実施形態では、第 2サポート 37b ' 17bが、各リッジ 36 •16に対応して設けられている。この結果、リッジ 36は、第 1サポート 37aと第 2サポー ト 37bとで所定間隔をおいて挟まれるように設けられ、リッジ 16は、第 1サポート 17aと 第 2サポート 17bとで所定間隔をお 、て挟まれるように設けられて 、る。
[0051] また、本実施形態では、素子幅は、例えば 300 mであり、リッジ 16 · 36の幅は、そ れぞれ例えば 2 μ mである。また、リッジ 16 · 36間の距離は、例えば 110 μ mであり、 リッジ 16 · 36の中心と分離溝 4の中心との距離は、それぞれ例えば 55 mである。さ らに、リッジ 16の中心からサポート 17 (第 1サポート 17a又は第 2サポート 17b)のリツ ジ 16側の端までの距離、及びリッジ 36の中心力もサポート 37 (第 1サポート 37a又は 第 2サポート 37b)のリッジ 36側の端までの距離は、それぞれ例えば 20 mである。 つまり、リッジ 16に対して、第 1サポート 17a及び第 2サポート 17bは線対称の位置関 係にあり、リッジ 36に対して、第 1サポート 37a及び第 2サポート 37bは線対称の位置 関係にある。 [0052] 次に、上記構成の素子の製造方法について、図 1及び図 3A—図 3Hに基づいて 説明する。
[0053] まず、基板 10上に、バッファ層 11·31、 η型クラッド層 12·32、活性層 13·33、 ρ型 クラッド層 14·34、エッチングストッパ層 15· 35、 ρ型クラッド層 21 ·41及びコンタクト 層 22·23·42を、赤色レーザ光出射部 2及び赤外レーザ光出射部 3のそれぞれに対 応して積層形成する。そして、 ρ型クラッド層 21·41、コンタクト層 22·23·42をドライ エッチング及びウエットエッチングすることにより、 2本のリッジ 16· 36と、リッジ 16· 36 の外側に第 1サポート 17a' 37aと、リッジ 16· 36の内側に第 2サポート 17b '37bとを 形成する(図 3A参照)。
[0054] 次に、素子表面にブロック層 51 (後にブロック層 18·38となる)を形成し(図 3B参照 )、その上に保護膜であるレジスト(以下、単にレジストと称する) 52をスピンコートによ り塗布する(図 3C参照)。そして、リッジ 16· 36のトップ表面のレジスト 52を除去すベ ぐ当該トップ以外を遮光する遮光部 53をマスクとして、レジスト 52に対して露光する (図 3D参照)。これにより、リッジ 16· 36のトップ及びその近傍のレジスト 52が除去さ れる(図 3Ε参照)。
[0055] 続いて、リッジ 16· 36のトップのブロック層 51をエッチングして除去する(図 3F参照 )。その後、レジスト 52を剥離し(図 3G参照)、リッジ 16· 36のトップとそれぞれ導通す る ρ型電極 19· 39を素子表面に形成する(図 3Η参照)。一方、基板の裏面 (ρ型電極 19·39とは反対側)には、 η型電極 20(図 1参照)を形成する。その後、隣接する素子 を分離溝 5で個々の素子に分離する。
[0056] ここで、上記の製造過程において、リッジ 16· 36の両側でのレジスト 52の膜厚を、 第 2サポート 17b'37b有りの場合 (本発明)と、無しの場合 (従来)とで測定した。この 測定は、ウェハ中心部の隣り合う 3個の素子 A、 B、 Cと、それ以外の 1個の素子 Dの 合計 4個の素子について、(1)リッジトップのレジスト aの膜厚 m〕、 (2)リッジよりも 素子外側のレジスト bの膜厚〔 μ m〕 (3)リッジよりも素子内側のレジスト cの膜厚〔 μ m 〕を、 SEM (走査型電子顕微鏡)を用いて行った。表 1は、そのときの測定結果を示し ている。
[0057] [表 1] 単位〔 m〕
Figure imgf000015_0001
、 2 ー の 表 1の結果、リッジ両側のレジスト b ' cの膜厚差は、赤色レーザ光照射部 2について は、第 2サポート 17bを設けることによって、 0. 15 μ mから 0. 09 μ mへと減少してお り、リッジを挟む両側のレジスト厚がより均一に近づいていることがわかる。 0. 06 m の減少幅は、 0. 15 mの 40%〖こ相当し、レジスト膜厚の不均一性が 40%改善され たことを示している。
[0058] また、赤外レーザ光照射部 3についても、第 2サポート 37bを設けることによって、 0 . 10力ら 0. 07へと減少しており、リッジを挟む両側のレジスト厚がより均一に近づい ていることがわかる。 0. 03 /z mの減少幅は、 0. 10 /z mの 30%に相当し、レジスト膜 厚の不均一性が 30%改善されたことを示して 、る。
[0059] 以上のように、本実施形態の素子は、一対の第 1サポート 17a' 37aの間に、複数の リッジ 16 · 36が並設され、その複数のリッジ 16 · 36の間に第 2サポート 17b ' 37bが設 けられている構成である。これにより、素子製造時に素子表面にレジスト 52を塗布し てスピンコートを行っても、リッジ 16 · 36よりも素子内側のレジスト 52がリッジ間の溝に 流れるのを、この第 2サポート 17b ' 37bである程度抑えることができる。そして、リッジ 16 · 36に対して素子内側のレジスト膜厚が素子外側に比べて大幅に薄くなるのを回 避することができる。
[0060] したがって、その後、リッジトップを覆うレジスト 52を除去し、そのレジスト 52をマスク としてリッジトップを覆うブロック層 51を除去するときでも、従来のように、リッジ 16 · 36 よりも素子内側のレジスト 52下層のブロック層 51まで除去する事態を回避することが でき、次にリッジ 16 · 36を覆うように電極層(本実施形態では p型電極 19 · 39)を形成 したときでも、この電極層カ^ッジ 16 · 36以外でブロック層 51の間に入り込むのを回 避することができる。その結果、素子構造が不良となるのを回避することができ、素子 特性の劣化を回避することができる。
[0061] 特に、リッジ 16 · 36間に 1個の第 2サポートだけでなぐ本実施形態のように各リッジ 16 · 36に対応して第 2サポート 17b ' 37bを設けることにより、レジスト 52の素子内側 から素子外側への流れを、各リッジ 16 · 36について第 2サポート 17b ' 37bで抑えるこ とができる。そして、各リッジ 16 · 36に対して素子内側のレジスト膜厚が素子外側に比 ベて薄くなるのを、各リッジ 16 · 36ごとに確実に回避することができる。その結果、上 述した本実施形態の効果を確実に得ることができる。
[0062] また、リッジ 16 · 36の両側にサポート 17 · 37が形成されるので、片側のみにサポー ト 17 · 37が形成される場合に比べて、組み立てダメージを低減できるという効果もあ る。つまり、リッジ 16 · 36の片側にのみサポート 17 · 37が形成される素子構造では、 素子をサブマウント 45を介して保持体に取り付けたときに、片側のサポート 17 · 37に のみ負荷がかかる。しかし、本実施形態の素子構造では、両側のサポート 17 · 37に 組み立て時の負荷を分散させることができ、より信頼性の高い素子を提供することが 可能となる。
[0063] また、 1個の素子について、第 1サポート 17a' 37aのみならず、第 2サポート 17b ' 3 7bを設けることにより、サブマウント 45を介して素子を保持体に取り付けたときに、活 性層 13 · 33からのレーザ出力によって発生する熱を、第 1サポート 17a ' 37aのみな らず、第 2サポート 17b ' 37bを介してサブマウント 45側に伝達させることができる。つ まり、第 2サポート 17b ' 37bを素子に設けた場合は、第 2サポート 17b ' 37bを素子に 設けない場合に比べて、素子の放熱性が向上する。これにより、活性層 13 · 33での 温度上昇を抑えて、例えば一定の光出力(例えば 70°Cで 40mW)を得るための動作 電流 (電極間を流れる電流)を低減させることができる。したがって、このような温度特 性の向上により、素子の信頼性を向上させることができる。
[0064] 次に、素子の放熱性の向上及び温度特性が向上するように、以下の半導体レーザ 素子の実験結果に基づいて、リッジ 16の中心からサポート 17 · 17におけるリッジ 16 側の端までの距離 (以下、リッジ サポート間距離と称する) Waを設定した。この点に ついて図 4を用いて説明する。なお、図 4は、図 1に示したツインストライプ型の半導 体レーザ素子うちの一方の赤色レーザ射出部 2を単独の半導体レーザ素子として作 製した場合の概略構成を示す断面図であり、図 1に示した構成と同じ構成部分には 同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。
[0065] 本実施形態では、周囲温度 25°Cのときに一定の光出力 P (例えば 40mW)を得る
0
ための動作電流 I (約 85mA)に対する、周囲温度 70°Cのときに一定の光出力 P ( op 0 例えば 40mW)を得るための動作電流 I の変化を、リッジ サポート間距離 Waを変 op
化させて調べた。その結果を表 2に示す。なお、チップ幅 Wcは、素子 1個の幅のこと であり、本実施形態では 300 mとした。また、サポート 17· 17の各サポート幅 Wsは 、それぞれ 50 mとした(サポート 17· 17の幅の総和を Wssとする)。図 5は、表 2の 数値に基づいて作成した、リッジ サポート間距離 Waと動作電流 I との関係を示す op
グラフである。
[0066] [表 2]
Figure imgf000017_0001
図 5より、リッジ サポート間距離 Waが従来と同じ 70 mでは、動作電流 I は 133.
op
6mAであり、最大となっている。また、リッジ-サポート間距離 Waが 50 m以上 70 m以下の範囲でも、動作電流 I は上記と同じ 133. 6mAであり、最大となっている。
op
これは、リッジ サポート間距離 Waが大きいため、活性層 13にて発生した熱がサボ ート 17· 17に伝達されにくぐ放熱性が優れていないため、活性層 13での温度上昇 により、動作電流 I が増大しているためと思われる。
op
[0067] 一方、リッジ サポート間距離 Waが 30 /z mでは、動作電流 I は 122. 9mAと最小 op
であり、放熱性が向上した結果、動作電流 I が最小になったものと思われる。つまり、 op
リッジ サポート間距離 Waが 30 μ mでは、素子の放熱性向上の効果が一番高いと 思われる。
[0068] また、リッジ サポート間距離 Waが 20 mでは、動作電流 I は 124. 6mAであり、 最小ではないが、リッジ サポート間距離 Waが従来の 70 mのときよりも大幅に低減 していることは言え、放熱性向上の効果は依然として高いと言える。ただし、リッジーサ ポート間距離 Waが 20 μ mちょうどでは、リッジ 16とサポート 17· 17間の p型クラッド層 21、コンタクト層 22及びコンタクト層 23のエッチングを精度よく行う必要があり、製造 の困難性を伴うので、リッジ サポート間距離 Waは、 20 /z mよりも大きくとる必要があ る。また、図 5のグラフより、リッジ-サポート間距離 Waが 33 /z mのときも、動作電流 I
op が上記と同じ 124. 6mAであり、放熱性向上の効果が高いと言える。
[0069] また、リッジ サポート間距離 Waが 40 mでは、図 5のグラフ力も動作電流 I は 12
op
8. OmA付近であり、リッジ サポート 距離 Wa力 30 μ m、 20 m (33 m)の次に 、放熱性向上の効果が高いと言える。
[0070] 以上のことから、素子の放熱性向上の効果を得るためには、リッジ サポート間距離 Waの上限としては、 50 μ m未満、 40 μ m以下、 33 μ m以下、 30 μ m以下を考える ことができる。
[0071] また、リッジ サポート間距離 Waの下限としては、リッジ サポート間のエッチングを 容易にすることを主に考慮して、 20 μ mよりも大き!/、、 30 μ m以上、 33 μ m以上、 40 μ m以上を考えることができる。
[0072] したがって、リッジ サポート間距離 Waの適切な範囲としては、 20 μ mよりも大きく 5 0 m未満の範囲で、上記した下限と上限とを適宜組み合わせることによって設定す ることが可能である。つまり、リッジ サポート間距離 Waは、 20 /z mよりも大きく 50 m未満の範囲、 20 μ mよりも大きく 40 μ m以下の範囲、 20 μ mよりも大きく 33 μ m以 下の範囲、 20 mよりも大きく 30 m以下の範囲を考えることができる。また、リッジ— サポート間距離 Waは、 30 μ m以上 50 μ m未満の範囲、 30 μ m以上 40 μ m以下の 範囲、 30 /z m以上 33 /z m以下の範囲を考えることができる。さらに、リッジ サポート 間距離 Waは、 33 μ m以上 50 μ m未満、 33 μ m以上 40 μ m以下の範囲を考えるこ ともでき、 40 μ m以上 50 μ m未満の範囲も考えることができる。
[0073] ここで、図 5に示すように、リッジ サポート間距離 Wa力 20 μ mよりも大きく 30 μ m 以下の範囲を aとし、 30 μ m以上 33 μ m以下の範囲を bとし、 33 μ m以上 40 μ m以 下の範囲を cとし、 40 μ m以上 50 μ m未満の範囲を dとする。なお、境界の値は、隣 接するどちらの範囲に含めて考えてもよい。
[0074] 動作電流 I の低減に最も着目するならば、リッジ サポート間距離 Waの範囲は、 a op
と bとのうち少なくとも一方を含む範囲(a + b、 a、 b)であることが一番好ましぐ次に、 それに cを含む範囲(例えば a + b + c、 b + c、 cで表される範囲)であることが好ましく 、その次に、それに dを含む範囲(例えば a + b + c + d、 b + c + d、 c + d、 dで表される 範囲)であることが好ま 、と言える。
[0075] 以上のように、活性層 13の上方に位置するリッジ 16の側方にサポート 17 · 17を有 する素子において、上記の実験結果に基づき、リッジ サポート間距離 Wa力 20 μ mよりも大きぐ 50 /z m未満に設定されていれば、リッジ サポート間距離 Waが 70 mに設定されている従来に比べて、一定の光出力(例えば 40mW)を得るための動 作電流 I を確実に低減することができる。このことは、言い換えれば、リッジ サポート op
間距離 Waが従来の 70 mよりも十分短くなつたことにより、活性層 13にて発生した 熱がリッジ 16及びサポート 17 · 17を介してサブマウントに確実に伝達され、素子の放 熱性が向上し、素子の温度特性が向上したことを意味する。したがって、リッジ サボ ート間距離 Waを上記範囲に設定することにより、素子の信頼性を確実に向上させる ことができる。また、リッジ サポート間距離 Waは 20 mよりも大きいので、リッジーサ ポート間のエッチングに支障をきたすことはなぐ素子の製造の困難性を十分に回避 することができる。
[0076] また、リッジ サポート間距離 Waの下限を 30 μ m以上とすれば、リッジ サポート間 のエッチング領域も広がるため、エッチングがよりしやすくなる。
[0077] 次に、素子のチップ幅 Wcに対するサポート 17 · 17の幅 Wssの割合(以下、幅比 R wと記載する)を設定した。なお、幅 Wssとは、全サポート 17 · 17の幅を合計したもの を指し、 1個のサポート 17の幅は幅 Wsと記載する。つまり、 2個のサポート 17 · 17を 有する本実施形態の素子では、 Wss = 2Wsである。また、幅比 Rw= (サポート幅 Ws sZチップ幅 Wc) X 100である。
[0078] 本実施形態では、周囲温度 25°Cのときに一定の光出力 P (例えば 40mW)を得る
0
ための動作電流 I (約 85mA)に対する、周囲温度 70°Cのときに一定の光出力 P ( op 0 例えば 40mW)を得るための動作電流 I の変化を、幅比 Rwを変化させて調べた。そ の結果を表 3に示す。
[0079] なお、チップ幅 Wcは、本実施形態では 300 μ mとした。また、リッジ サポート間距 離 Waは、リッジ 16の中心からサポート 17· 17のリッジ 16側の端までの距離を指し、 本実施形態では、リッジ サポート間距離 Waとサポート 17の幅 Wsとの和を 120 μ m に維持しながら、サポート幅 Wsを変化させ、幅比 Rwを変化させた。図 6は、表 3の数 値に基づいて作成した、幅比 Rwと動作電流 I との関係を示すグラフである。
op
[0080] [表 3]
Figure imgf000020_0001
図 6より、幅比 Rwが 20%以上 33%以下の範囲では、動作電流 I は 1mAしか減少
op
していない。これは、活性層 13にて発生した熱のサポート 17· 17での放熱効率が優 れていないため、活性層 13での温度上昇を抑制する効果が低ぐ温度特性の低下 があまり抑制できて 、な 、ことを意味して 、る。
[0081] これに対して、幅比 Rwが 33%を超えると、動作電流 I は著しく低減されている。こ
op
れは、サポート 17· 17のサポート面積が増大することによって、サポート 17· 17での 放熱効果が著しく上昇し、活性層 13での温度上昇を効果的に抑制できていることを 意味している。したがって、幅比 Rwが 33%を超えると、素子の温度特性の低下を確 実に抑制できていると言える。特に、幅比 Rw力 0%を超えると、動作電流 I の低減
op はさらに著しく、素子の温度特性の向上の効果が一段と高いと言える。
[0082] 一方、リッジ 16及びサポート 17· 17のエッチング時には、リッジ 16とサポート 17 · 17 との間の領域を、エッチングの進行を目視で確認するためのモニタ領域として確保す る必要がある。幅比 Rwが 52%以上では、このモニタ領域にてエッチングの進行を目 視で確認できな 、ことが実験的に分力つて 、る。
[0083] なお、ウェハ上にモニタ領域を予め設けておくことにより、幅比 Rwの上限を増大さ せる方法もあるが、これでは、 1個のウエノ、から採れる素子の数力 ウェハ上にモニタ 領域を設けない場合に比べて 10%程度減少するため、素子の製造効率が低減して しまう。
[0084] したがって、幅比 Rwとしては、 33%よりも大きぐ 52%未満であることが望ましぐ 4 0%よりも大きぐ 52%未満であることがさらに望ましい。また、幅比 Rwの上限が 50% 未満であれば、エッチングのためのモニタ領域がさらに広がることから、幅比 Rwは、 33%よりも大きぐ 50%未満であることがさらに望ましぐ 40%よりも大きく、 50%未満 であることが、より一層望ましいと言える。
[0085] 以上のように、活性層 13の上方に位置するリッジ 16の側方にサポート 17 · 17を有 する素子において、上述の実験結果に基づいて、チップ幅 Wcに対するサポート幅 Wssの割合 Rw力 33%よりも大きぐ 52%未満に設定されていれば、従来よりもサ ポート面積が確実に増えるので、サポート 17 · 17での放熱効果、すなわち、活性層 1 3にて発生した熱の外部(例えばサブマウント)への放熱効果を確実に向上させること ができる。したがって、活性層 13での温度上昇を確実に抑制して、素子の動作電流 I opを確実に低減することができる。その結果、素子の温度特性を確実に向上させて、 素子の信頼性を確実に向上させることができる。また、サポート幅 Wssは、チップ幅 W cの 52%未満であるので、リッジ 16及びサポート 17 · 17のエッチングの際のモニタ領 域を十分に確保することができ、素子の製造の困難性を十分に回避することができる
[0086] また、幅比 Rwが上記範囲に設定されることにより、サポート面積が従来よりも広がる ので、サブマウントへの素子の取り付け時の安定性も確実に向上し、ジャンクションダ ゥンで組み立てやすくなるというメリットもある。
[0087] ところで、素子の奥行方向の長さを一定としたとき、素子面積 (素子を上方から見た 場合の素子表面の平面的な面積)に対するサポート面積の割合 (以下、面積比 Rsと 記載する)は、幅比 Rwに比例する。したがって、上記した幅比 Rwの範囲は、面積比 Rsの範囲として言い換えることができ、この場合でも、上記と同様の効果を得ることが できると言える。
[0088] つまり、面積比 Rsが、 33%よりも大きぐ 52%未満に設定されていれば、幅比 Rw 力 33%よりも大きぐ 52%未満に設定されている場合と同様の効果を得ることがで き、面積比 Rsが、 40%よりも大きく、 50%未満に設定されていれば、幅比 Rwが、 40 %よりも大きぐ 50%未満に設定されている場合と同様の効果を得ることができると言 える。
[0089] し力しながら、リッジが複数併設された半導体レーザ素子 1にお 、ては、放熱性の 向上だけを考えればサポート幅(第 1サポート 17a' 37aの幅及び第 2サポート 17b · 3 7bの幅)は極力広いほうが望ましいが、サポート幅を広げすぎるとサポート以外の部 位におけるエッチングの進行を目視で確認することが困難となる。したがって、放熱 性及びエッチングの確認のしゃすさの両方を考慮すれば、リッジ 16 · 36及びサポート 17 · 37を除く部位の幅が素子幅の 40%以上となるように、サポート 17· 37の幅を設 定することが望ましい。また、リッジ 16 · 36及びサポート 17· 37を除く部位の面積が素 子面積の 40%以上となるように、サポート 17· 37の面積を設定することが望ましい。
[0090] なお、本実施形態では、リッジ 16に対して、第 1サポート 17a及び第 2サポート 17b が線対称であり、リッジ 36に対して、第 1サポート 37a及び第 2サポート 37bが線対称 である場合について説明した。しかし、この線対称性は必ずしも満たされなければな らないものではなぐ線対称でなくても、第 2サポート 17b ' 37bを設けることによる本 実施形態の効果を得ることはできる。
[0091] すなわち、面積比 Rsがそのような一定の範囲に収まるのであれば、サポート 17· 17 の形状は、平面視でストライプ形状には限定されない。例えば、図 7Aないし図 7Cは 、片側のサポート 17の平面形状を示している。図 7Aに示すように、サポート 17は、リ ッジ 16の長手方向両端部以外の部分に対応する部分で太ぐリッジ 16の長手方向 両端部に対応する部分で細くなる形状であってもよい。また、逆に、図 7Bに示すよう に、サポート 17は、リッジ 16の長手方向両端部以外の部分に対応する部分で細ぐリ ッジ 16の長手方向両端部に対応する部分で太くなる形状であってもよい。さらに、図 7Cに示すように、サポート 17は、リッジ 16の長手方向両端部以外の部分に対応する 部分に開口部が形成される形状であってもよい。
[0092] なお、他方のサポート 17についても同様であり、上記いずれの平面形状を採用す ることもできる。また、一方のサポート 17と他方のサポート 17とで、別々の平面形状を なすようにしてもよい。また、サポート 17· 17の形状は、図 7Aないし図 7Cで示した形 状以外の形状とすることも勿論可能である。
[0093] なお、サポート 17におけるリッジ 16の長手方向両端部以外の部分に対応する部分 とは、リッジ 16における長手方向両端部以外の部分をサポート 17方向に平行移動し たときに、サポート 17とオーバーラップする部分のことを指す。
[0094] なお、以上では、チップ幅 Wcが 300 μ mの場合について説明した力 これに限定 されるわけではなぐ任意のチップ幅 Wcにおいて幅比 Rw (面積比 Rs)を適切に設定 することにより、本発明の効果を得ることができる。
[0095] また、本実施形態では、素子 1の最外縁に分離溝 5を設けており、この分離溝 5をモ ユタ領域として活用している。上述したようにリッジ 16 · 36の素子内側に第 2サポート 17b' 37bを形成すると、その分、サポート以外の部位のエッチングの進行を目視で 確認する領域が減り、その確認に支障が生じる。しかし、分離溝 5を設けていることに よって、この分離溝 5をモニタ領域として活用できるので、エッチング不良による素子 構造の不良が生じるのを回避することができる。
[0096] また、本来、分離溝 5は、隣接する素子を切り離すための溝であるが、この分離溝 5 が上記のモニタ領域を兼ねているので、分離溝 5とは別にモニタ領域を設けなくても 済み、分離溝 5を有効活用することができる。
[0097] 上記実施形態において、リッジ 16並びにサポート 17の高さ (p型電極は含まない) は、 10 m以下、好ましくは 2— 7 mの範囲に設定される。また、活性層 13からリツ ジ 16の頂上部までの間隔は、 10 μ m以下、好ましくは 2— 8 μ mの範囲に設定される 。 p型電極 19の厚さは、 1一 5 mに設定される。 p型電極 19をカ卩えたリッジ 16並び にサポート 17の高さは、 15 μ m以下、好ましくは 3— 12 μ mの範囲に設定される。
[0098] なお、本実施形態では、異なる 2波長のレーザ光を出射する素子について説明し たが、複数のリッジを有する素子であれば、例えば同一波長のレーザ光を出射する 素子についても、或いは、赤外領域や赤色領域のレーザ光を出射する素子だけでな ぐ緑や青領域、さらには青紫領域のレーザ光を出射する素子に対しても、本発明を 適用することは可能である。
[0099] 例えば、青紫領域のレーザ光を出射する素子 2を使用するのであれば、 GaN基板 10上に n型 AlGaNクラッド層 12、 InGaN井戸層及び GaN障壁層からなる 3周期構 造 MQW活性層 13、 InGaN光ガイド層 14、 AlGaNエッチストッパ層 15、 p型 AlGaN クラッド層 21、 p型 GaNコンタクト層 22を順に成長させて、上述の工程と同様に処理 することにより、青紫領域のレーザ光を出射する素子 2を形成することができる。 産業上の利用可能性
本発明は、例えば CD— RZRW、 DVD— RZ±RW、更には高密度の DVDなどの 記録媒体に対して情報の記録、再生を行う情報記録再生装置の光源として使用され る半導体レーザ素子及びその製造に利用可能である。

Claims

請求の範囲
[I] リッジを保護する一対の第 1サポートの内側に、前記リッジが複数並設された半導 体レーザ素子であって、
前記複数のリッジの間に、前記リッジを保護する第 2サポートが設けられていること を特徴とする半導体レーザ素子。
[2] 前記第 2サポートは、各リッジに対応して設けられていることを特徴とする請求項 1に 記載の半導体レーザ素子。
[3] 前記半導体レーザ素子の最外縁に、エッチングの進行を確認するためのモニタ領 域が設けられていることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の半導体レーザ素子。
[4] 前記モニタ領域が、前記半導体レーザ素子を分離するための分離溝を兼ねて 、る ことを特徴とする請求項 3に記載の半導体レーザ素子。
[5] 前記リッジの中心力 前記第 1及び第 2サポートにおける前記リッジ側の端までの距 離力 20 /z mよりも大きく、 50 m未満に設定されていることを特徴とする請求項 1に 記載の半導体レーザ素子。
[6] 前記距離が、 20 mよりも大きく、 40 m以下に設定されていることを特徴とする請 求項 5に記載の半導体レーザ素子。
[7] 前記距離が、 20 mよりも大きく、 33 m以下に設定されていることを特徴とする請 求項 5に記載の半導体レーザ素子。
[8] 前記距離が、 30 m以上 33 m以下に設定されていることを特徴とする請求項 5 に記載の半導体レーザ素子。
[9] 前記半導体レーザ素子のチップ幅に対する前記第 1及び第 2サポートの幅の割合 力 33%よりも大きぐ 52%未満に設定されていることを特徴とする請求項 1に記載 の半導体レーザ素子。
[10] 前記半導体レーザ素子のチップ幅に対する前記第 1及び第 2サポートの幅の割合 力 44%よりも大きぐ 50%未満に設定されていることを特徴とする請求項 9に記載 の半導体レーザ素子。
[II] 前記半導体レーザ素子の面積に対する前記第 1及び第 2サポートの面積の割合が 、 33%よりも大きぐ 52%未満に設定されていることを特徴とする請求項 1に記載の 半導体レーザ素子。
[12] 前記半導体レーザ素子の面積に対する前記第 1及び第 2サポートの面積の割合が 、 44%よりも大きぐ 50%未満に設定されていることを特徴とする請求項 11に記載の 半導体レーザ素子。
[13] 素子表面に複数のリッジを並べて形成するとともに、各リッジに対して、各リッジを挟 むように複数のサポートを形成する工程と、
前記リッジ及び前記サポートの表面にブロック層を形成する工程と、
スピンコート法により、前記ブロック層の表面に保護膜を塗布する工程と、 前記リッジのトップを覆う前記保護膜を除去する工程と、
前記保護膜をマスクとして、前記リッジのトップを覆う前記ブロック層を除去する工程 と、
前記リッジを覆うように電極層を形成する工程と、
を有していることを特徴とする請求項 1一 12の何れかに記載の半導体レーザ素子の 製造方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11145558A (ja) * 1997-11-05 1999-05-28 Hitachi Ltd 半導体光素子、送受信モジュールおよび光通信システム
JP2001230498A (ja) * 2000-02-16 2001-08-24 Toyoda Gosei Co Ltd Iii族窒化物系化合物半導体レーザ
JP2001517866A (ja) * 1997-09-22 2001-10-09 クアンタム デバイシーズ, インコーポレイテッド 多波長半導体レーザアレイ装置(チップ)を製造および実装する技術、ならびにシステムアーキテクチャにおけるその応用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52116185A (en) * 1976-03-26 1977-09-29 Hitachi Ltd Mesa-type semiconductor laser
US5963572A (en) * 1995-12-28 1999-10-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JPH1167738A (ja) * 1997-08-18 1999-03-09 Oki Electric Ind Co Ltd アッシング方法および装置
DE19738566C2 (de) 1997-09-04 1999-07-29 Karlsruhe Forschzent Verfahren und Vorrichtung zur Identifizierung von Wirkstoffen
US6075800A (en) * 1998-05-05 2000-06-13 Nortel Networks Corporation Bonding ridge structure laser diodes to substrates
JP3862894B2 (ja) * 1999-08-18 2006-12-27 株式会社東芝 半導体レーザ装置
JP2002076502A (ja) * 2000-08-31 2002-03-15 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ素子
JP2003046197A (ja) * 2001-08-01 2003-02-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザおよびその製造方法
JP2003264334A (ja) * 2002-03-08 2003-09-19 Hitachi Ltd 半導体レーザ素子及び半導体レーザモジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001517866A (ja) * 1997-09-22 2001-10-09 クアンタム デバイシーズ, インコーポレイテッド 多波長半導体レーザアレイ装置(チップ)を製造および実装する技術、ならびにシステムアーキテクチャにおけるその応用
JPH11145558A (ja) * 1997-11-05 1999-05-28 Hitachi Ltd 半導体光素子、送受信モジュールおよび光通信システム
JP2001230498A (ja) * 2000-02-16 2001-08-24 Toyoda Gosei Co Ltd Iii族窒化物系化合物半導体レーザ

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