JP2008294265A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に係り、特に、CD・MD・DVD等の情報記録・再生録画が可能な光ディスクシステムや、レーザプリンタ、光ネットワーク等の光源等の電子デバイスに用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing the same, and more particularly to an optical disk system capable of recording / reproducing and recording information such as CD / MD / DVD, and an electronic device such as a light source such as a laser printer and an optical network. The present invention relates to a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置、特に半導体レーザ素子は、小型、軽量、高信頼性および高出力化が進み、パーソナルコンピュータ、DVD等の電子機器や医療機器等の光源に利用されている。なかでも、III−V族窒化物半導体は、比較的短波長の発光が可能であるため、次世代DVD用光源等の用途があり、盛んに研究されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
特許文献1に記載された半導体発光素子は、基板を基準にしてn電極がp電極と同じ側に形成されている。一方、特許文献2に記載された半導体レーザは、基板を基準にしてn電極がp電極と反対側に形成されている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices, particularly semiconductor laser elements, have become smaller, lighter, more reliable, and have higher output, and are used as light sources for electronic devices such as personal computers and DVDs and medical devices. Among these, group III-V nitride semiconductors are capable of emitting light at a relatively short wavelength, and are therefore actively studied for use as a light source for next-generation DVDs (for example, Patent Document 1 and Patent Document). 2).
In the semiconductor light emitting device described in Patent Document 1, the n electrode is formed on the same side as the p electrode with respect to the substrate. On the other hand, in the semiconductor laser described in Patent Document 2, the n electrode is formed on the opposite side of the p electrode with respect to the substrate.
窒化物半導体を用いて、基板を基準にしてn電極がp電極と反対側に形成されている半導体レーザの製造方法について図6を参照して説明する。図6は、従来の半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面図である。なお、図6は、半導体レーザの各層を積層したウェハ形状からバー形状に切り出した状態を示している。図6に示すように、半導体レーザは、ウェハを形成する基板110上に、窒化物半導体層120が積層される。この窒化物半導体層120は、n型半導体層121、活性層122、および、表面にリッジ123aが形成されたp型半導体層123がこの順番に積層されて構成されている。p型半導体層123のリッジ123aの上面以外の表面と、窒化物半導体層120の側面とは、例えば、酸化膜からなる保護膜140で覆われている。リッジ123aの上面にはp電極150が接続されている。p電極150は、リッジ123aの上面および保護膜140を被覆するように形成されている。また、基板110の裏面にはn電極160が形成されている。図6に示した半導体レーザ100は、ウェハ形状(図示せず)からバー形状に分割され、上下からスペーサ180,190で挟まれた状態で、フロント(光取り出し面)側やリア(背面)側の端面に保護膜が形成される。この工程で形成される保護膜は、フロント側やリア側の共振器端面をミラーとして機能させるためのものである。ミラーとしての端面保護膜が形成された後、バー形状の半導体レーザをチップ形状に劈開して、p電極150の上面のリッジ直上部150aの外側に形成されたリッジ周辺部150bにワイヤが接続されて(ワイヤボンディング)、半導体レーザ素子が製造される。
窒化物半導体レーザ素子には、通常、半導体層表面にリッジが形成され、そのリッジ上に電極が形成される。リッジの幅は、1μm未満から10μm程度と非常に細いものであり、シングルモードの光を得るレーザ素子になるとその要求はさらに厳しくなる傾向にある。そのような細いリッジ上に電極を形成するには、電極形成のためのマスクの成膜、パターニング、電極の成膜、リフトオフ等、複数の工程が必要となり、それぞれの工程において高精度での加工技術が要求される。しかも、用いる電極材料によっては、電極と半導体層や保護膜との密着性の悪さからプロセス中にも電極が剥がれてしまう場合がある。また、リッジ上に電極を形成したとしても、その後の素子化、実装等の各工程中において、ウェハにかかる外的負荷や応力により、電極の剥がれが起こる場合がある。なお、オーミック電極だけでなく、パッド電極においても同様の問題が生じる恐れがある。さらに、半導体レーザ素子においては、素子の応力、電流及び熱の影響等により、素子駆動中に電極が剥がれてしまう場合がある。高電流を流す場合や、長時間駆動する場合の熱の影響等がより懸念される。これらの電極剥がれは、特に電極の端部から起こる場合が多く、問題となりやすい。電極が剥がれることにより、素子動作が不安定となり、素子特性や信頼性にも影響を及ぼすため、電極の剥がれを防止することが必要である。
また、半導体レーザ素子では、共振器端面に端面保護膜を形成するが、端面保護膜がp電極上に回り込むと、ワイヤボンディングを行ってもワイヤが剥がれてしまうという問題もある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、リッジ上の電極の剥がれを抑制し、電極に接続されるワイヤの剥がれを防止することで、信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
In a nitride semiconductor laser element, a ridge is usually formed on the surface of a semiconductor layer, and an electrode is formed on the ridge. The width of the ridge is very thin, from less than 1 μm to about 10 μm, and the requirement tends to become more severe in the case of a laser device that obtains single-mode light. In order to form an electrode on such a thin ridge, a plurality of processes such as film formation of a mask for electrode formation, patterning, film formation of an electrode, lift-off, etc. are required, and high-precision processing is performed in each process. Technology is required. In addition, depending on the electrode material used, the electrode may be peeled off during the process due to poor adhesion between the electrode and the semiconductor layer or the protective film. Even if the electrode is formed on the ridge, the electrode may be peeled off due to an external load or stress applied to the wafer during the subsequent steps such as elementization and mounting. The same problem may occur not only in the ohmic electrode but also in the pad electrode. Further, in a semiconductor laser element, the electrode may be peeled off during driving of the element due to the influence of the element stress, current and heat. There is a greater concern about the influence of heat when a high current is passed or when driving for a long time. Such electrode peeling often occurs from the end of the electrode, and is likely to be a problem. Since the operation of the element becomes unstable due to the peeling of the electrode and affects the element characteristics and reliability, it is necessary to prevent the peeling of the electrode.
In the semiconductor laser element, an end face protective film is formed on the end face of the resonator. However, if the end face protective film wraps around the p-electrode, there is a problem that even if wire bonding is performed, the wire is peeled off.
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a highly reliable semiconductor laser device by suppressing peeling of an electrode on a ridge and preventing peeling of a wire connected to the electrode. Objective.
前記課題を解決するために、本発明の半導体レーザ素子は、第1導電型半導体層、活性層および第2導電型半導体層を含む積層半導体と、該積層半導体に形成されたストライプ状のリッジと、該リッジ上に形成された電極と、前記積層半導体に形成された共振器端面と、を有する半導体レーザ素子において、前記共振器端面から連続して積層半導体及び前記電極の上面を被覆する端面保護膜を有し、前記半導体レーザ素子の上面において、該端面保護膜が、共振器端面と反対側の端部に切り欠き部を有することを特徴とする。
かかる構成によれば、半導体レーザ素子は、端面保護膜が、共振器端面から連続して電極の上面を被覆しているので、電極の端部からの剥がれを防止することができると共に、端面保護膜の端部に切り欠き部を有しているので、p電極のワイヤボンディング部への端面保護膜の回り込みを防止することができる。
In order to solve the above problems, a semiconductor laser device according to the present invention includes a stacked semiconductor including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer, and a stripe-shaped ridge formed in the stacked semiconductor. In the semiconductor laser device having an electrode formed on the ridge and an end face of the resonator formed in the laminated semiconductor, end face protection for covering the laminated semiconductor and the upper surface of the electrode continuously from the end face of the resonator The end face protective film has a notch at the end opposite to the resonator end face on the upper surface of the semiconductor laser element.
According to such a configuration, since the end face protective film covers the upper surface of the electrode continuously from the cavity end face, the semiconductor laser element can prevent peeling from the end of the electrode and protect the end face. Since the notch portion is provided at the end portion of the film, it is possible to prevent the end face protective film from entering the wire bonding portion of the p-electrode.
また、本発明の半導体レーザ素子の別の形態は、第1導電型半導体層、活性層および第2導電型半導体層を含む積層半導体と、該積層半導体に形成されたストライプ状のリッジと、該リッジ上に形成された電極と、前記積層半導体に形成された共振器端面と、を有する半導体レーザ素子において、前記共振器端面から連続して積層半導体及び前記電極の上面を被覆する端面保護膜を有し、該端面保護膜は、前記半導体レーザ素子の上面において、共振器端面側から順に第1領域と第2領域と、を有し、該第2領域の端面保護膜は、第1領域の端面保護膜よりも横方向の幅が狭いことを特徴とする。
かかる構成によれば、半導体レーザ素子は、端面保護膜が、共振器端面から連続して電極の上面を被覆しているので、電極の端部からの剥がれを防止することができると共に、第2領域の端面保護膜の幅が狭いので、ワイヤボンディングワイヤボンディング可能な領域を大きくすることができる。
According to another aspect of the semiconductor laser element of the present invention, there is provided a stacked semiconductor including a first conductive type semiconductor layer, an active layer, and a second conductive type semiconductor layer, a striped ridge formed in the stacked semiconductor, In a semiconductor laser device having an electrode formed on a ridge and a resonator end face formed on the laminated semiconductor, an end face protective film covering the laminated semiconductor and the upper surface of the electrode continuously from the resonator end face The end face protective film has a first region and a second region in order from the resonator end face side on the upper surface of the semiconductor laser element, and the end face protective film of the second region is formed of the first region. The lateral width is narrower than the end face protective film.
According to such a configuration, in the semiconductor laser element, since the end surface protective film continuously covers the upper surface of the electrode from the resonator end surface, it is possible to prevent peeling from the end portion of the electrode and the second Since the width of the end face protective film in the region is narrow, the region capable of wire bonding and wire bonding can be increased.
また、本発明の半導体レーザ素子は、前記積層半導体の表面には絶縁膜が形成されており、前記電極は、前記リッジから絶縁膜上にわたって形成され、該前記電極の上面は、リッジ直上面よりも絶縁膜直上面が高いことが好ましい。
かかる構成によれば、端面保護膜が、絶縁膜直上部分に形成された電極上に過剰に回りこむことを防止できる。そのため、絶縁膜の直上部分に形成された電極上にワイヤを接続すれば、ワイヤの剥がれを防止できる。
In the semiconductor laser device of the present invention, an insulating film is formed on the surface of the laminated semiconductor, the electrode is formed from the ridge to the insulating film, and the upper surface of the electrode is formed from the upper surface of the ridge. Also, it is preferable that the top surface of the insulating film is high.
According to such a configuration, it is possible to prevent the end face protective film from being excessively wrapped around the electrode formed in the portion immediately above the insulating film. Therefore, if a wire is connected to the electrode formed immediately above the insulating film, the wire can be prevented from peeling off.
また、本発明の半導体レーザ素子は、前記絶縁膜は、第1絶縁膜と第2絶縁膜とを少なくとも有し、第1絶縁膜は、リッジから所定距離だけ離間した前記積層半導体の表面を被覆し、第2絶縁膜は、リッジの側面、リッジと第1絶縁膜との間に露出した前記積層半導体の表面及び前記第1絶縁膜を被覆することが好ましい。
かかる構成によれば、半導体レーザ素子は、電極の積層半導体側の界面が、リッジ部以外は第2絶縁膜だけなので、第2絶縁膜以外の密着膜のような他の部材と電極との界面がある場合と比較して、電極と第2絶縁膜との密着が良好となる。さらに、密着膜のような余分な部材を形成する必要もなく、製造効率が向上する。
In the semiconductor laser device of the present invention, the insulating film has at least a first insulating film and a second insulating film, and the first insulating film covers the surface of the stacked semiconductor separated from the ridge by a predetermined distance. The second insulating film preferably covers the side surface of the ridge, the surface of the stacked semiconductor exposed between the ridge and the first insulating film, and the first insulating film.
According to such a configuration, since the interface of the electrode on the laminated semiconductor side of the semiconductor laser element is only the second insulating film except for the ridge portion, the interface between the electrode and another member such as an adhesive film other than the second insulating film Compared with the case where there is, adhesion between the electrode and the second insulating film is improved. Furthermore, there is no need to form an extra member such as an adhesive film, and the manufacturing efficiency is improved.
また、本発明の半導体レーザ素子は、前記第2絶縁膜がリッジと第1絶縁膜との間に露出した積層半導体の表面を直接覆うリッジ周辺部と、前記第2絶縁膜が前記第1絶縁膜を介して積層半導体の表面を覆う素子周縁部とを有し、前記電極の上面は、リッジ直上面がリッジ周辺部上面よりも高く形成され、かつ、素子周縁部上面がリッジ直上面よりも高く形成されることが好ましい。
また、本発明の半導体レーザ素子は、前記切り欠き部を前記素子周縁部上に有することが好ましい。
また、本発明の半導体レーザ素子は、前記第2領域は、端面保護膜部と、電極露出部と、を有し、該端面保護膜部は、リッジ直上部及びリッジ周辺部に形成されることが好ましい。
これらの構成によれば、電極の上面で最も高い素子周縁部とリッジ直上部との間に、電極の上面で最も低いリッジ周辺部を設けたので、端面保護膜を形成する工程で端面保護膜が素子周縁部の電極上面に過剰に回りこむことを防止し、電極の切り欠き部を設けたり、端面保護膜の第2領域を設けたりすることができる。
In the semiconductor laser device of the present invention, the second insulating film directly covers the surface of the laminated semiconductor exposed between the ridge and the first insulating film, and the second insulating film is the first insulating film. And an upper surface of the electrode is formed such that the upper surface of the ridge is higher than the upper surface of the ridge peripheral portion, and the upper surface of the device peripheral portion is higher than the upper surface of the ridge. It is preferable that the height is high.
The semiconductor laser element of the present invention preferably has the notch on the peripheral edge of the element.
In the semiconductor laser device of the present invention, the second region has an end face protective film portion and an electrode exposed portion, and the end face protective film portion is formed immediately above the ridge and at the ridge peripheral portion. Is preferred.
According to these structures, since the lowest ridge peripheral portion on the upper surface of the electrode is provided between the highest element peripheral portion on the upper surface of the electrode and the ridge directly above, the end surface protective film is formed in the step of forming the end surface protective film. Can be prevented from being excessively wrapped around the upper surface of the electrode at the periphery of the element, and a notch portion of the electrode can be provided, or a second region of the end face protective film can be provided.
また、本発明の半導体レーザ素子は、前記端面保護膜の共振器端面から反対側の端部までの長さは、前記リッジ直上部及びリッジ周辺部が前記素子周縁部よりも長く形成されることが好ましい。
また、前記端面保護膜の膜厚は、前記リッジ直上部及びリッジ周辺部が前記素子周縁部よりも厚く形成されることが好ましい。
これらの構成によれば、より効果的に電極端部の剥がれを防止することができる。
In the semiconductor laser device of the present invention, the length of the end face protective film from the resonator end face to the opposite end is formed so that the portion immediately above the ridge and the ridge peripheral portion are longer than the peripheral portion of the element. Is preferred.
Further, it is preferable that the end face protective film is formed so that the portion immediately above the ridge and the peripheral portion of the ridge are thicker than the peripheral portion of the element.
According to these structures, peeling of the electrode end can be more effectively prevented.
また、本発明の半導体レーザ素子は、前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜とが同一材料で構成されることが好ましい。
かかる構成によれば、半導体レーザ素子は、第1絶縁膜と第2絶縁膜との界面の密着性が良好となり、歩留まりがさらに向上する。
In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the first insulating film and the second insulating film are made of the same material.
According to this configuration, the semiconductor laser device has good adhesion at the interface between the first insulating film and the second insulating film, and the yield is further improved.
本発明によれば、端面保護膜が、共振器端面から連続して電極の上面を被覆しているので、電極の端部からの剥がれを抑制することができると共に、端面保護膜の端部に切り欠き部を有しているので、p電極のワイヤボンディング部への端面保護膜の回り込みを防止し、電極と接続されるワイヤの不着を防止し、信頼性の高い半導体レーザ素子を得ることができる。 According to the present invention, since the end face protective film covers the upper surface of the electrode continuously from the resonator end face, peeling from the end of the electrode can be suppressed, and at the end of the end face protective film. Since the cutout portion is provided, it is possible to prevent the end face protective film from wrapping around the wire bonding portion of the p-electrode, prevent non-attachment of the wire connected to the electrode, and obtain a highly reliable semiconductor laser device. it can.
以下、図面を参照して本発明の半導体レーザ素子およびその製造方法を実施するための最良の形態(以下「実施形態」という)について詳細に説明する。
(実施形態1)
[半導体レーザ素子の構成]
図1は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子は、図1に示すように、主として、基板10と、基板10上に積層された窒化物半導体層20と、窒化物半導体層上に形成されたリッジ23aと、第1絶縁膜41と、第2絶縁膜42と、p電極50と、n電極60と、窒化物半導体層に形成された端面保護膜(図示せず)と、からなる。また、図3(b)及び(b)´は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す上面図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子は、図3に示すように、主として、窒化物半導体層上に形成されたリッジ23aと、p電極50と、端面保護膜100と端面保護膜の切り欠き部101を有する。また、図4は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の共振器端面付近の拡大図であり、(α)リッジ直上部、(β)リッジ周辺部、(γ)素子周縁部、での断面を示す拡大図である。図3(b)のα断面図を図4(α)に、β断面図を図4(β)に、γ断面図を図4(γ)に示す。
The best mode for carrying out the semiconductor laser device and the manufacturing method thereof according to the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described in detail below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
[Configuration of semiconductor laser element]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device according to the present embodiment mainly includes a
(基板)
基板10は、窒化物半導体(例えば、GaN、AlN、AlGaN、InGaN等)から構成される。なお、窒化物半導体と異なる異種基板を用いてもよい。異種基板としては、例えば、C面、R面およびA面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(MgA12O4)のような絶縁性基板、SiC(6H、4H、3Cを含む)、ZnS、ZnO、GaAs、Siおよび窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で、従来から知られている基板材料を用いることができる。この基板10は、主面及び/又は裏面にオフ角が形成された基板であることが好ましい。
(substrate)
The
(窒化物半導体層)
窒化物半導体層20は、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体(例えば、GaN、AlGaN、InGaN等)から成り、基板10側からn型半導体層21、活性層22およびp型半導体層23がこの順番に積層されて構成されている。また、前記窒化物半導体層20は、一般式がInxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で示される。n型半導体層21は、例えば、n型不純物としてSiやGe、O等を含むGaNから構成される。活性層22は、例えば、InGaNから構成される。p型半導体層23は、例えば、p型不純物としてMgを含むGaNから構成される。なお、本実施形態では、積層半導体を窒化物半導体層20、第1導電型半導体層をn型半導体層21、第2導電型半導体層をp型半導体層23として説明する。
(Nitride semiconductor layer)
The
(リッジ)
p型半導体層23の上面には、ストライプ状のリッジ23aが突出して形成されている。リッジ23aの幅は特に限定されるものではないが、0.5〜20μm程度が好ましく、さらに、シングルスポットの光源とする場合には1〜2μm程度が好ましい。リッジ23aの高さは、p型半導体層23の膜厚に依存して適宜調整することができ、例えば、0.2〜2μm程度が好ましく、特に、0.3〜0.8μm程度が好ましい。
(ridge)
On the upper surface of the p-
(絶縁膜)
絶縁膜40は、積層半導体の表面に形成され、少なくともリッジの側面とp型半導体層の表面を被覆するように形成されていることが好ましい。さらに、本実施形態における絶縁膜は、第1絶縁膜と第2絶縁膜との少なくとも2層構造からなることが好ましい。なお、第1絶縁膜と第2絶縁膜の他にも絶縁膜を形成し、3層以上の多層構造としてもよい。絶縁膜の材料としては、絶縁性を有する材料からなるものであって、特に酸化膜からなるものが好ましい。具体的には、Zr酸化膜(ZrO2)やSiO2からなる。また別の観点から、絶縁膜は、p型半導体層23よりも屈折率が低いものが好ましい。
(Insulating film)
The insulating
絶縁膜40は、例えば、スパッタリング法、ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法、ECR−CVD法、ECR一プラズマCVD法、蒸着法、EB法(Electron Beam:電子ビーム蒸着法)等の公知の方法で形成することができる。なかでも、ECRスパッタリング法、ECR−CVD法、ECR一プラズマCVD法等で形成することが好ましい。
(第1絶縁膜)
第1絶縁膜41は、p型半導体層23のリッジ23aから所定距離だけ離間したp型半導体層23の表面を被覆するように形成されている。
The insulating
(First insulation film)
The first insulating
(第2絶縁膜)
第2絶縁膜42は、p型半導体層23のリッジ23aの側面と、リッジと第1絶縁膜との間に露出したp型半導体層23の表面と、第1絶縁膜41とを被覆している。
第2絶縁膜42は、第1絶縁膜41と同一材料で形成されている。ここで同一材料とは、例えば、第1絶縁膜41がZr酸化膜によって形成されているのであれば、第2絶縁膜42もZr酸化物によって形成されていることを意味し、その製造方法等によって、組成に若干の差異が生じることがあってもよい。
(Second insulating film)
The second insulating
The second insulating
(p電極)
p電極50は、p型半導体層23のリッジ23aの上面に、電気的に接続されるように形成されている。p電極50は、p電極第1層と、このp電極第1層の上に積層されるp電極第2層との少なくとも2層構造で構成されていることが好ましい。p電極第1層は、p型半導体層23と直接接触するオーミック電極として機能する。p電極第2層は、p電極の最上層であり、ワイヤがボンディングされるパッド電極として機能する。尚、前記p電極第1層とp電極第2層との間に他の層を積層した構造としてもよい。p電極50は、p型半導体層23のリッジ23aの上面に接続されると共にリッジから絶縁膜上にわたって形成され、電極の上面は、リッジ直上面よりも絶縁膜直上面が高くなるように形成されている。さらに、p電極50の上面は、リッジ直上面50aがリッジ周辺部上面50bよりも高く形成され、リッジ直上面50aよりも、第1絶縁膜41上の第2絶縁膜42の直上部上面(素子周縁部上面50c)の方が高く形成されている。
(P electrode)
The
p電極第1層とp電極第2層の形状は特に限定されるものではなく、p電極第1層とp電極第2層が同一の形状でも異なる形状でもよい。また、p電極は、共振器端面まで形成されていてもよいし、共振器端面から離間するように形成されてもよい。より効果的に電極の剥がれを防止するには、電極を共振器端面から離間させ、端面保護膜と半導体層表面が接するようにすることで、端面保護膜との接触面積を増やすことが好ましい。また、劈開時の電極剥がれを防止するためには、共振器端面から離間していることが好ましい。 The shapes of the p-electrode first layer and the p-electrode second layer are not particularly limited, and the p-electrode first layer and the p-electrode second layer may be the same shape or different shapes. The p-electrode may be formed up to the resonator end surface, or may be formed so as to be separated from the resonator end surface. In order to more effectively prevent peeling of the electrode, it is preferable to increase the contact area between the end face protective film by separating the electrode from the resonator end face so that the end face protective film is in contact with the surface of the semiconductor layer. Moreover, in order to prevent electrode peeling at the time of cleavage, it is preferable that it is spaced apart from the resonator end face.
p電極第1層は、通常、電極として用いることができる材料を例示することができる。例えば、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、チタン(Ti)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、銀(Ag)、等の金属、合金;ITO、ZnO、SnO2等の導電性酸化物等の単層膜又は積層膜等が挙げられる。
p電極第2層は、例えば、Auや、Ni−Ti−Au系の電極材料を用いることができる。
The p-electrode first layer can be exemplified by a material that can be normally used as an electrode. For example, nickel (Ni), platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), rhodium (Rh), titanium (Ti), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), molybdenum (Mo) ), Tungsten (W), copper (Cu), silver (Ag), and other metals, alloys; single layer films or laminated films of conductive oxides such as ITO, ZnO, and SnO 2 .
For the p-electrode second layer, for example, Au or a Ni—Ti—Au-based electrode material can be used.
p電極の具体例としては、p電極第1層/p電極第2層の2層構造である場合には、Pt/Au、Pd/Au、Rh/Au、Ni/Au等がある。また、p電極第1層とp電極第2層との間に、第3層を介する3層構造としては、Ni/Pt/Au、Pd/Pt/Au、Rh/Pt/Au等がある。 Specific examples of the p electrode include Pt / Au, Pd / Au, Rh / Au, Ni / Au, etc. in the case of a two-layer structure of p electrode first layer / p electrode second layer. In addition, as a three-layer structure having a third layer between the p-electrode first layer and the p-electrode second layer, there are Ni / Pt / Au, Pd / Pt / Au, Rh / Pt / Au, and the like.
(n電極)
n電極60は、基板10の裏面に電気的に接続されるように形成されている。n電極60は、例えば、基板10の裏面側からTi/Al、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Pt/Au、W/Pt/Au、V/Pt/Au、Hfのような金属で構成される。なお、n電極60は、オーミック電極とパッド電極とから構成されるようにしてもよい。
(N electrode)
The
(端面保護膜)
端面保護膜(ミラー)は、共振器端面から連続してリッジを含む積層半導体の表面を被覆している。また、リッジ上に形成された電極(p電極)の端部を被覆している。
端面保護膜の材料としては、例えばSi、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti等の酸化物、窒化物(例えば、AlN、AlGaN、GaN、BN等)又はフッ化物等が挙げられる。端面保護膜は、単層構造または積層構造のいずれで形成されてもよい。具体的には、Siの酸化物の単層、Alの酸化物の単層、Siの酸化物とAlの酸化物の積層構造等が挙げられる。また、出射側と反射側において、材料、膜厚、積層周期等を異ならせてもよい。反射側の端面保護膜としては、例えばSiの酸化物とZrの酸化物との積層構造、Alの酸化物とZrの酸化物との積層構造、Siの酸化物とTiの酸化物との積層構造、Alの酸化物とSiの酸化物とZrの酸化物との積層構造、Siの酸化物とTaの酸化物とAlの酸化物の積層構造等が挙げられる。所望の反射率に合わせて適宜その積層周期等を調整することができる。
端面保護膜は、対向する共振器端面の少なくとも一方に形成され、出射側と反射側の両方に形成されていてもよい。また、両方の共振器端面に形成された場合、いずれか一方において、積層半導体の表面を被覆するように形成してもよい。また、p電極の幅方向の全体にわたってp電極の端部を被覆する必要はなく、少なくともリッジ直上部50aにおいて電極の端部を被覆していればよい。また、端面保護膜は、窒化物半導体層に形成された共振器面を被覆するものであるが、必ずしも共振器面の全面を被覆する必要はなく、少なくとも、共振器面の光導波路領域を被覆するものであればよい。
端面保護膜は、例えば、スパッタリング法、ECRスパッタリング法、CVD法、ECR−CVD法、ECR一プラズマCVD法、蒸着法、EB法等の公知の方法で形成することができる。なかでも、ECRスパッタリング法、ECR−CVD法、ECR一プラズマCVD法等で形成することが好ましい。
(End face protection film)
The end face protective film (mirror) covers the surface of the laminated semiconductor including the ridge continuously from the resonator end face. Moreover, the edge part of the electrode (p electrode) formed on the ridge is covered.
Examples of the material for the end face protective film include Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti, and other oxides and nitrides (for example, AlN, AlGaN, GaN, BN etc.) or fluorides. The end face protective film may be formed of either a single layer structure or a laminated structure. Specifically, a single layer of an Si oxide, a single layer of an Al oxide, a stacked structure of an Si oxide and an Al oxide, or the like can be given. In addition, the material, film thickness, stacking period, and the like may be different on the emission side and the reflection side. As the end face protective film on the reflection side, for example, a stacked structure of Si oxide and Zr oxide, a stacked structure of Al oxide and Zr oxide, a stacked structure of Si oxide and Ti oxide. Examples thereof include a structure, a laminated structure of Al oxide, Si oxide, and Zr oxide, and a laminated structure of Si oxide, Ta oxide, and Al oxide. The stacking period and the like can be adjusted as appropriate according to the desired reflectance.
The end face protective film may be formed on at least one of the opposing resonator end faces, and may be formed on both the emission side and the reflection side. Further, when formed on both resonator end faces, either one may be formed so as to cover the surface of the laminated semiconductor. Further, it is not necessary to cover the end portion of the p electrode over the entire width direction of the p electrode, and it is sufficient that the end portion of the electrode is covered at least at the ridge immediately
The end face protective film can be formed by a known method such as a sputtering method, an ECR sputtering method, a CVD method, an ECR-CVD method, an ECR one plasma CVD method, an evaporation method, or an EB method. Especially, it is preferable to form by ECR sputtering method, ECR-CVD method, ECR one plasma CVD method, etc.
(切り欠き部、第2領域)
本発明では、半導体レーザ素子の上面において、端面保護膜が、共振器端面と反対側の端部に切り欠き部101を有する。また、端面保護膜は、前記半導体レーザ素子の上面において、共振器端面側から順に第1領域と第2領域と、を有し、該第2領域の端面保護膜は、第1領域の端面保護膜よりも横方向の幅が狭く形成されている。つまり、図3(b)に示すように、第1領域100aにおいては、前記半導体レーザ素子の横方向(共振器方向と垂直の方向)に略連続して形成され、第2領域100bにおいては、第1領域の端面保護膜よりも横方向の幅が狭く形成されている。
共振器端面側の第1領域100aでは、半導体レーザ素子の幅方向の略全体にわたって端面保護膜が形成される。共振器端面と反対側に形成された端面保護膜の幅の狭い第2領域100bには、素子の側部に端面保護膜の切り欠き部を有し、この部分においては、先に形成した電極の露出した電極露出部となっている。これにより、p電極のワイヤボンディング部への端面保護膜の回り込みを防止し、ワイヤの付着を防ぐことができる。また、ワイヤボンディング可能な領域を大きくすることができる。特に、半導体レーザ素子を小型化する際には、素子上面に形成できる電極の面積が小さくなるため、ワイヤボンディングに使える面積も小さくなる。素子上面の端面保護膜に切り欠き部(電極露出部)を設けることにより、電極上のボンディングの位置の自由度が大きくなり、素子設計の自由度も増すため、有用である。また、ボンディング面積を大きくとることで、ボンディング位置のずれによりワイヤの不着が起こることを抑制し、製造歩留まりを向上させることができる。また、端面保護膜に切り欠き部(電極露出部)を形成すると、ボンディング面積を増加させることができるので、共振器端面側から順に幅の広い第1領域、幅の狭い第2領域を形成し、さらに幅の広い領域を形成する形態としてもよい。
(Notch, second area)
In the present invention, on the upper surface of the semiconductor laser element, the end face protective film has a
In the
上述したような端面保護膜の切り欠き部(電極露出部)や第2領域は、図3(b)のように、出射側と反射側のいずれか一方の端面保護膜に設けられていればよい。好ましくは、図3(b)´のように、両方の共振器端面に設けられるものである。また、切り欠き部(電極露出部)は、素子の上面において片側のみに設けられていてもよいし、両側部に設けられていてもよい。切り欠き部の形状は、特に限定されるものではなく、三角形、矩形等の多角形や、円、楕円などで形成される。 If the cut-out part (electrode exposed part) and the second region of the end face protective film as described above are provided on one of the end face protective films on the emission side and the reflection side as shown in FIG. Good. Preferably, as shown in FIG. 3 (b) ′, it is provided on both resonator end faces. Moreover, the notch part (electrode exposed part) may be provided only on one side in the upper surface of the element, or may be provided on both side parts. The shape of the notch is not particularly limited, and is formed by a polygon such as a triangle or a rectangle, a circle, an ellipse, or the like.
[半導体レーザ素子の製造方法]
図1に示した半導体レーザ素子の製造方法について、図2及び図3を参照(適宜図1、図4参照)して説明する。図2は、図1に示した半導体レーザ素子の製造工程を模式的に示す断面図である。また、図3は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成及び製造工程を模式的に示す上面図である。
まず、ウェハ形状の基板10の上に、n型半導体層21、活性層22、p型半導体層23をこの順番に積層し、窒化物半導体層20を形成する。
[Method for Manufacturing Semiconductor Laser Element]
A method of manufacturing the semiconductor laser device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 (refer to FIGS. 1 and 4 as appropriate). FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor laser element shown in FIG. FIG. 3 is a top view schematically showing the configuration and manufacturing process of the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention.
First, the n-
次に、個々の半導体レーザ素子が形成されるように、所望の形状のマスクを用いて、n型半導体層21の表面が露出するように窒化物半導体層20の一部をエッチングする。ここで、レーザ素子の幅は、100〜600μm程度であることが好ましく、エッチングの深さは、1.5〜3μm程度であることが好ましい。なお、この工程は、省略可能である。
Next, a part of the
次に、フォトリソグラフィおよびエッチング工程によって、p型半導体層23に、ストライプ状のリッジ23aを形成する。ここで、リッジの幅は、1.2〜2μm程度であることが好ましく、高さは、0.3〜0.8μm程度であることが好ましい。
Next, a
次に、図2(a)に示すように、p型半導体層23表面に、ECRスパッタリング法によって、第1絶縁膜41をパターン形成する。そのパターン形状は、例えばリッジと平行な略ストライプ状のものである。ここで、第1絶縁膜41の膜厚は、3000〜6000Å(オングストローム)程度であることが好ましい。第1絶縁膜41の幅は、半導体レーザ素子の幅にも依存するものであるが、30μm以上であることが好ましい。また、半導体レーザ素子の幅が200μm以上である場合には、第1絶縁膜41の幅は80μm以上であることが好ましい。また、後述する素子周縁部50c上にワイヤボンディングされるため、ワイヤボンディング可能な領域の幅は、第1絶縁膜の幅とほぼ同じとなる。また、リッジと第1絶縁膜との間に露出したp型半導体層の幅は、5〜15μm程度であることが好ましく、特に、5〜10μm程度であることが好ましい。また、p型半導体層23、活性層22の左右の側面およびn型半導体層21の左右の側面の一部は、第1絶縁膜41の端部で被覆されていてもよい。
Next, as shown in FIG. 2A, the first insulating
続いて、図2(b)に示すように、リッジ23aの側面、リッジ23aと第1絶縁膜41との間に露出したp型半導体層23の表面、および、第1絶縁膜41の表面に、ECRスパッタリング法によって、1000〜3000Å程度の膜厚で第2絶縁膜42を形成する。このとき、第1絶縁膜41の上面から、第1絶縁膜41上の第2絶縁膜42の上面までの高さは、4000Å以上であることが好ましく、4000〜5000Å程度であることがより好ましい。また、第2絶縁膜42は、リッジ23a側面と第1絶縁膜41の側面とに挟まれた部分が凹形状に形成され、この凹形状の部分の幅が、10μm以下であることが好ましい。また、このとき、リッジ23aの上面よりも、第1絶縁膜41上の第2絶縁膜42の上面の方が高くなるように形成する。リッジ23aの上面から、第1絶縁膜41上の第2絶縁膜42の上面までの高さは、500Å以上であることが好ましく、500〜2500Å程度であることがより好ましく、特に、1000Å程度であることが好ましい。その理由は、第2絶縁膜42が2500Åより厚くなるとキンクが出やすくなるからである。また、第2の絶縁膜は、窒化物半導体層20の左右の側面を被覆してもよいし、窒化物半導体層20の左右の側面を被覆する第1絶縁膜41を被覆するように形成してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, on the side surface of the
次に、図2(c)に示すように、リッジ23aの上面および第2絶縁膜42上面に、マグネトロンスパッタ法を用いて、p電極第1層、p電極第2層を積層することでp電極50を形成する。このとき、上述したように、第2の絶縁膜は、リッジ23aの上面よりも、第1絶縁膜41上の第2絶縁膜42の上面の方が高くなるように形成されている。そのため、p電極を積層すると、p電極50の上面は、リッジ23a直上部分よりも、第1絶縁膜41上の第2絶縁膜42の上の方が、高くなるように形成される。また、後述する素子周縁部50c上にワイヤボンディングされることから、素子周縁部におけるp電極50の幅は、30μm以上であることが好ましい。図2(c)に示した半導体レーザ素子の上面図を図3(a)に示す。
Next, as shown in FIG. 2C, a p-electrode first layer and a p-electrode second layer are stacked on the upper surface of the
そして、p電極50を形成後、大気雰囲気下または酸素雰囲気下でアニールを行い、基板10の裏面を研磨して、その研磨面に、n電極60を形成する。その後、ウェハ形状からバー形状に分割する。このとき、p電極50の上面には、図2(d)に示すように、段差が形成されている。すなわち、p電極50の上面において、リッジ直上部50aの両外側には、リッジ直上部50aより低いリッジ周辺部50bがそれぞれ形成されている。このリッジ周辺部50bの下には、第1絶縁膜41が積層されていない。さらに、リッジ周辺部50bの両外側には、素子周縁部50cがそれぞれ形成されている。この素子周縁部50cの下には、第1絶縁膜41が積層されている。
Then, after forming the p-
次に、半導体レーザをウェハ形状からバー形状に分割する。このとき、レーザ素子の共振器長は、200〜1200μm程度であることが好ましい。バー形状に分割された半導体レーザを、図2(d)に示すように、上下からスペーサ80,90で挟み込み、端面保護膜を形成する。これにより、共振器端面から半導体層表面にかけて端面保護膜が形成され、端面保護膜により電極の端部が被覆される。また、半導体レーザ素子の上面において、端面保護膜が、共振器端面と反対側の端部に切り欠き部を有する、言い換えると、端面保護膜の幅の狭い第2領域を形成することができる。切り欠き部においては、先に形成した電極が露出されている。半導体レーザ素子の上面における切り欠き部の大きさは、共振器方向の長さ(すなわち、第2領域100bの長さ)が、5〜10μm程度、レーザ素子の幅方向の長さが15〜30μm程度であることが好ましい。また、後述するように、切り欠き部の幅方向の長さは、素子周縁部の幅により決定することができる。また、半導体レーザ素子の上面における端面保護膜の共振器端面から端面保護膜の端部までの長さは、リッジ直上及びリッジ周辺部は、15〜30μm程度、素子周縁部における長さ(すなわち、第1領域100aの長さ)は、10〜20μm程度であることが好ましい。また、半導体レーザ素子表面における、端面保護膜の膜厚は、リッジ直上及びリッジ周辺部は、500〜800Å程度、素子周縁部においては、300〜500Å程度であることが好ましい。図2(d)に示した半導体レーザ素子の上面図を図3(b)及び(b)´に示す。
Next, the semiconductor laser is divided from a wafer shape into a bar shape. At this time, the resonator length of the laser element is preferably about 200 to 1200 μm. As shown in FIG. 2D, the semiconductor laser divided into bar shapes is sandwiched by
そして、バー形状からチップ形状に劈開し、チップ形状とした半導体レーザ素子の周縁部50c上にワイヤ70を接続することで半導体レーザ素子を得られる。リッジ直上及びリッジ周辺部は脆弱であるため、ボンディング時の衝撃の素子への影響を考慮すると、周縁部50c上にワイヤ70を接続することが好ましい。第2領域に電極露出部が形成されていることで、ワイヤボンディング可能な領域を大きくとることができる。
Then, the semiconductor laser element can be obtained by cleaving from the bar shape to the chip shape and connecting the
本実施形態において、p電極50の上面は、リッジ23a直上部分よりも、第1絶縁膜41上の第2絶縁膜42の直上部分(素子周縁部)の方が高く形成されているため、リッジ直上の電極には、上側のスペーサ80は、当接することはない。すなわち、リッジ直上の電極と、上側のスペーサとの間には、空洞ができることになり、端面保護膜が、その空洞に回りこんでリッジ上に形成される(図3(b)α断面、図4(α)参照)。そのため、リッジ上の電極の端部を被覆することができ、端部からの電極の剥がれを防止することができる。また、素子周縁部と比較して、端面保護膜の膜厚は素子周縁部よりも厚く形成され、効果的に電極端部の剥がれを抑制できる。また、リッジ両側の周辺部についても同様に、端面保護膜が形成される。(図3(b)β断面、図4(β)参照)リッジ上のみではなく、リッジ周辺部においても、端面保護膜を回り込ませ、電極を被覆することで、より効果的に電極の剥がれを防止することができる。
また、このとき、上側のスペーサ80は、p電極50の上面の素子周縁部50cに当接するので、p電極50の上面の素子周縁部50c(周辺部の外側)には、端面保護膜の回り込み量はリッジ直上やリッジ周辺部と比較して少なくなる(図3(b)γ断面、図4(γ)参照)。すなわち、回り込んだ端面保護膜の共振器方向の長さは短くなり、膜厚は薄くなる。したがって、共振器端面付近においては、素子周縁部に端面保護膜が形成されて、第1領域100aとなる。一方、第2領域においては、リッジ直上部やリッジ周辺部においては、上述したように電極を被覆する端面保護膜が形成される。そのため、素子周縁部上の半導体レーザ素子の表面において、端面保護膜は切り欠き部を有する形状となり、共振器端面とは反対側に保護膜の幅の狭い第2領域100bが形成される。
このように、半導体レーザ素子表面に端面保護膜及び切り欠き部が形成されることで、ワイヤの形成される素子周縁部のp電極50の上面で、端面保護膜のワイヤの不着への寄与を無視することができる程度とすることができる。このときの素子周縁部の幅が、切り欠き部の幅となる。
また、図6(a)に示すようなリッジ部が突出したレーザ素子においては、スペーサで上下から挟み込む際に、脆弱なリッジ部への負荷を軽減するために、余裕を持たせる必要がある。そのため、端面保護膜を形成すると、図6(b)に示すように、端面保護膜が回り込み、半導体レーザ素子表面において端面保護膜の切り欠き部が形成されない。しかし、本発明のレーザ素子においては、リッジ部がスペーサに当接することがないので、ボンディング部分への端面保護膜の回り込みを防止するように、すなわち端面保護膜の切り欠き部を形成できるように、レーザ素子を挟み込むことが可能となる。
また、半導体レーザ素子1は、リッジ23aの側面に、p型半導体層23よりも屈折率が低い第2絶縁膜42が形成されているので、リッジの側面方向の光閉じ込め効果が高い。
In the present embodiment, since the upper surface of the p-
At this time, the
Thus, the end face protective film and the notch are formed on the surface of the semiconductor laser element, thereby contributing to the non-attachment of the end face protective film on the upper surface of the p-
In addition, in the laser element with a protruding ridge portion as shown in FIG. 6A, it is necessary to provide a margin in order to reduce the load on the fragile ridge portion when sandwiched from above and below by a spacer. Therefore, when the end face protective film is formed, as shown in FIG. 6B, the end face protective film goes around, and the notch portion of the end face protective film is not formed on the surface of the semiconductor laser element. However, in the laser element of the present invention, since the ridge portion does not contact the spacer, the end face protective film can be prevented from wrapping around the bonding portion, that is, the notch portion of the end face protective film can be formed. It becomes possible to sandwich the laser element.
Further, since the semiconductor laser element 1 has the second insulating
また、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジ23aから所定距離だけ離間したp型半導体層23の上面を第1絶縁膜41で被覆してから、リッジ上面を除くリッジ側面からリッジ両側の底面及び前記第1絶縁膜41を第2絶縁膜42で被覆する。これにより、p電極50は、窒化物半導体層20との界面がリッジ上面のみとなり、他の領域は第2絶縁膜42だけの1界面となる。そのため、p電極50と第2絶縁膜42との密着が良好となる。
In addition, according to the method of manufacturing a semiconductor laser device of this embodiment, the upper surface of the p-
(実施形態2)
[半導体レーザ素子の構成]
図5は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子は、図5に示すように、主として、基板10と、基板10上に積層された窒化物半導体層20と、窒化物半導体層上に形成されたリッジ23aと、半導体層により形成された凸部23bと、絶縁膜40と、p電極50と、n電極60と、窒化物半導体層に形成された端面保護膜(図示せず)と、からなる。
本実施形態においては、リッジから所定距離離れた位置に、半導体層により形成された凸部23bを有し、素子周縁部50cの電極の上面が、リッジ直上よりも高くなるように形成される。これにより、実施形態1と同様に、半導体レーザ素子の上面において、端面保護膜の幅が、狭くなっている第2領域を有し、共振器端面と反対側の端部に切り欠き部を有する。そのため、リッジ直上における電極の剥がれを防止しながら、ワイヤの不着による不具合を抑制することができる。
(凸部)
凸部23bは、p型半導体層のリッジ23aから所定距離だけ離間したp型半導体層23の表面に形成されている。
(絶縁膜)
本実施形態では、絶縁膜40はリッジの側面及びp型半導体層23の表面を被覆するように形成されている。本実施形態においても、絶縁膜40は、2層以上で構成されてもよい。本実施形態においては、リッジ23aから所定距離だけ離間して形成される第1絶縁膜は形成されていないが、上述したように凸部23bが形成されることにより、絶縁膜上に形成された電極の上面が、絶縁膜の膜厚の分、素子周縁部の電極の上面が高く形成される。
(Embodiment 2)
[Configuration of semiconductor laser element]
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the semiconductor laser device according to the present embodiment mainly includes a
In the present embodiment, the
(Convex)
The
(Insulating film)
In the present embodiment, the insulating
[半導体レーザ素子の製造方法]
図5に示した半導体レーザ素子の製造方法について、説明する。
n型半導体層21の表面が露出するまで窒化物半導体層20の一部をエッチングするところまでは、実施形態1と同様である。
[Method for Manufacturing Semiconductor Laser Element]
A method for manufacturing the semiconductor laser element shown in FIG. 5 will be described.
The process is the same as in the first embodiment until a part of the
次に、フォトリソグラフィおよびエッチング工程によって、p型半導体層23に、ストライプ状のリッジ23aを形成する。リッジの幅及び高さは、実施形態1と同様にして形成されることが好ましい。このとき、リッジから所定距離離れた位置に所望形状(例えば、リッジと平行な略ストライプ状)のマスクを形成して半導体層による凸部23bを形成する。
凸部23bの幅は、半導体レーザ素子の幅にも依存するものであるが、30μm以上であることが好ましい。また、半導体レーザ素子の幅が200μm以上である場合には、凸部23bの幅は80μm以上であることが好ましい。また、素子周縁部50c上にワイヤボンディングされるため、ワイヤボンディング可能な領域の幅は、凸部23bの幅とほぼ同じとなる。また、リッジ23aと凸部23bの間のp型半導体層の幅は、5〜15μm程度であることが好ましく、特に、5〜10μm程度であることが好ましい。
Next, a
The width of the
続いて、リッジ23a側面及びp型半導体層23のリッジ23aの上面以外の表面に、ECRスパッタリング法によって、1000〜3000Å程度の膜厚で絶縁膜40を形成する。また、絶縁膜は、リッジ23a側面と凸部23bの側面とに挟まれた部分が凹形状に形成されており、この凹形状の部分の幅が、10μm以下であることが好ましい。また、リッジ23aの上面よりも、凸部23b上の絶縁膜40の上面の方が高くなるように形成する。リッジ23aの上面から、凸部23b上の絶縁膜40の上面までの高さは、500Å以上であることが好ましく、500〜2500Å程度であることがより好ましく、特に、1000Å程度であることが好ましい。その理由は、絶縁膜40が2500Åより厚くなるとキンクが出やすくなるからである。また、リッジ23aと同時に凸部23bを形成すると、リッジの上面と凸部の上面を同じ高さにすることができる。そのため、絶縁膜40を形成すると、絶縁膜の膜厚の分だけ上面を高くすることができる。また、絶縁膜は、窒化物半導体層20の左右の側面を被覆してもよい。
Subsequently, the insulating
以降は、実施形態1と同様にして形成することができる。本実施形態においても、実施形態1と同様に、半導体層表面に形成された端面保護膜において、横方向の幅が狭い第2領域が形成され、共振器端面と反対側の端部に切り欠き部を有するため、リッジ直上における電極の剥がれを防止しながら、ワイヤの不着による不具合を抑制することができる。 Thereafter, it can be formed in the same manner as in the first embodiment. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, in the end face protective film formed on the surface of the semiconductor layer, a second region having a narrow lateral width is formed, and a notch is formed at the end opposite to the resonator end face. Since it has a portion, it is possible to suppress problems caused by non-attachment of wires while preventing peeling of the electrode immediately above the ridge.
以上、各実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、基板10を基準としてn電極60がp電極50と反対側に形成されている半導体レーザ素子を説明したが、これに限定されるものではなく、基板を基準にしてn電極60がp電極50と同じ側に形成されていてもよい。また、半導体レーザ素子を構成する材料は、窒化物半導体に限定されない。なお、図面に示した構成要素等の厚みや長さは、配置を明確に説明するために誇張して示してあるので、これに限定されるものではない。
As mentioned above, although each embodiment was described, this invention is not limited to this, It can implement variously in the range which does not change the meaning. For example, the semiconductor laser element in which the n-
(実施例1)
本発明の効果を確認するために実施形態1に係る半導体レーザ素子の製造方法を用いて、半導体レーザ素子を製造した。具体的には、図2及び図3に示した製造工程にしたがって半導体レーザ素子1を製造した。半導体レーザ素子1を製造するために、基板10として、ウェハ形状のGaN基板を用いた。そして、このGaN基板上に、窒化物半導体層20として以下の各層を積層した。まずは、GaN基板上に、SiドープAlGaNからなるn型クラッド層、GaNからなるn型光ガイド層を成長させた。これにより、n型半導体層21を形成した。続いて、In0.05Ga0.95Nからなる障壁層と、In0.1Ga0.9Nからなる井戸層とを交互2回積層させ、その上に障壁層を積層させた多重量子井戸構造(Multiple-Quantum Well:MQW)の活性層22を成長させた。次いで、MgドープAlGaNからなるp型電子閉じ込め層、アンドープGaNからなるp型光ガイド層、アンドープAl0.16Ga0.84Nからなる層とMgドープGaNからなる層とを交互積層させた超格子層からなるp型クラッド層、Mgドープp型GaNからなるp型コンタクト層を成長させた。これによりp型半導体層23を形成した。その後、窒素雰囲気中でウェハを700℃でアニーリングして、p型半導体層23をさらに低抵抗化した。
Example 1
In order to confirm the effect of the present invention, a semiconductor laser device was manufactured using the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the first embodiment. Specifically, the semiconductor laser device 1 was manufactured according to the manufacturing process shown in FIGS. In order to manufacture the semiconductor laser device 1, a wafer-shaped GaN substrate was used as the
このようにして窒化物半導体層20を積層した後、所望の形状のマスクを用いて、p型半導体層23、活性層22、n型半導体層21の一部を順次エッチングし、n型クラッド層の表面を露出させた。ここで、個々のレーザ素子の幅が200μmとなるように形成する。
After the
その後、最上層のp型コンタクト層上に、SiO2膜およびレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチング工程によって、レジスト膜を所定形状にパターニングし、さらにこのレジスト膜をマスクとしてSiO2膜をパターニングした。このようにして得られたマスクを用いて、p型半導体層23に、幅1.5μm、高さ0.5μm程度のストライプ状のリッジ23aを形成した。
Thereafter, an SiO 2 film and a resist film are formed on the uppermost p-type contact layer, and the resist film is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching processes, and further, the SiO 2 film is patterned using the resist film as a mask. did. A stripe-shaped
続いて、先に形成したSiO2膜によるマスクを残したまま、p型半導体層23表面に、ECRスパッタリング法によって、第1絶縁膜41としてZrO2膜を、膜厚4000Åでストライプ状にパターン形成した。このとき、リッジ23a側面と第1絶縁膜41の側面との距離は、10μmとした(図2(a)参照)。
Subsequently, a ZrO 2 film is formed as a first insulating
続いて、第1絶縁膜41、p型半導体層23のリッジ23a表面、リッジ23a側面上に、ECRスパッタリング法によって、第2絶縁膜42としてZrO2膜を、膜厚2000Åで形成した。その後、リフトオフにより、リッジ23a上のマスクと該マスク上の第2絶縁膜42を除去することで第2絶縁膜42をパターン形成した(図2(b)参照)。
Subsequently, a ZrO 2 film having a thickness of 2000 mm was formed as the second insulating
次に、リッジ23a上および第2絶縁膜42上に、マグネトロンスパッタ法を用いて、p電極50を形成した。このp電極50は、p電極第1層51を厚さ300Åの白金(Pt)で形成し、p電極第2層52を厚さ5000Åの金(Au)で形成した(図2(c)及び図3(a)参照)。
Next, a p-
p電極50を形成後、酸素及び窒素を含む雰囲気下において700℃以下でアニールを行った。
そして、GaN基板の裏面を研磨して、その研磨面にn電極60を形成した。このn電極60は、基板10側から、厚さ100Åのバナジウム(V)、厚さ2000Åの白金(Pt)、厚さ3000Åの金(Au)の順に形成した。
After forming the p-
Then, the back surface of the GaN substrate was polished, and an n-
その後、半導体レーザをウェハ形状からバー形状に分割する。このとき、レーザ素子の共振器長は、600μmとする。バー形状に分割された半導体レーザを上下からスペーサで挟み込み、共振器端面に端面保護膜を形成した。この端面保護膜は、出射側をAl2O3で膜厚1200Å、反射側をAl2O3/ZrO2で6.5ペア形成した。また、端面保護膜は、共振器端面から半導体層表面にかけて形成され、半導体レーザ素子の上面において、端面保護膜により電極の端部が被覆される。また、半導体レーザ素子の上面において、端面保護膜の幅の狭い第2領域が設けられ、共振器端面と反対側の端部に切り欠き部を有する。なお、切り欠き部では、先に形成した電極が露出している。切り欠き部は、素子の両側部に設けられ、半導体レーザ素子の上面における大きさは、共振器方向の長さ(第2領域100bの長さ)が、10μm、レーザ素子の幅方向の長さが20μmである。また、半導体レーザ素子の上面における端面保護膜の共振器端面から端面保護膜の端部までの長さは、リッジ直上及びリッジ周辺部は、30μm、素子周縁部における長さ(すなわち、第1領域100aの長さ)は、20μm程度である。また、半導体レーザ素子表面における、端面保護膜の膜厚は、リッジ直上及びリッジ周辺部は、700Å程度、素子周縁部においては、400Å程度で形成されている(図2(d)、図3(b)及び(b)´、図4参照)。
そして、バー形状からチップ形状に劈開した。これにより、共振器長200μm、チップ幅600μmの半導体レーザ素子が得られる。チップ形状とした半導体レーザ素子の素子周縁部50c上にワイヤ70を接続することで半導体レーザ素子を製造した。
以上により得られる半導体レーザ素子は、端面保護膜が電極の端部を被覆しているため、電極の剥がれを抑制できると共に、素子周縁部50c上のワイヤボンディング部には端面保護膜が回りこまないためリッジ上の電極に接続されるワイヤの剥がれを防止できると共に縦横の光閉じ込めが安定した半導体レーザ素子とすることができる。
Thereafter, the semiconductor laser is divided from a wafer shape into a bar shape. At this time, the resonator length of the laser element is 600 μm. The semiconductor laser divided into bar shapes was sandwiched by spacers from above and below, and an end face protective film was formed on the resonator end face. This end face protective film was formed of Al 2 O 3 with a thickness of 1200 mm on the emission side and 6.5 pairs of Al 2 O 3 / ZrO 2 on the reflection side. The end face protective film is formed from the resonator end face to the surface of the semiconductor layer, and the end face of the electrode is covered with the end face protective film on the upper surface of the semiconductor laser element. A second region having a narrow width of the end face protective film is provided on the upper surface of the semiconductor laser element, and has a notch at the end opposite to the end face of the resonator. Note that the previously formed electrode is exposed at the notch. The notches are provided on both sides of the element, and the size of the upper surface of the semiconductor laser element is 10 μm in the length in the resonator direction (the length of the
And it cleaved from bar shape to chip shape. As a result, a semiconductor laser element having a resonator length of 200 μm and a chip width of 600 μm is obtained. The semiconductor laser element was manufactured by connecting the
In the semiconductor laser device obtained as described above, since the end face protective film covers the end portion of the electrode, peeling of the electrode can be suppressed, and the end face protective film does not reach the wire bonding portion on the element
(実施例2)
nクラッド層の表面を露出させるまでは実施例1と同様にして形成する。
続いて、最上層のp型コンタクト層上に形成したマスクを用いて、リッジ23a及び凸部23bを形成する。リッジ23aは、幅1.5μmであり、凸部23bは、リッジ23a側面から10μm離れた位置に幅80μmで形成する。高さは共に、0.5μm程度である。
(Example 2)
It is formed in the same manner as in Example 1 until the surface of the n-clad layer is exposed.
Subsequently, using the mask formed on the uppermost p-type contact layer, the
続いて、リッジ23a側面及びp型半導体層23のリッジ23aの上面以外の表面に、ECRスパッタリング法によって、ZrO2膜を、膜厚2000Åで形成する。その後、リフトオフにより、リッジ23a上のマスクと該マスク上の絶縁膜40を除去することで絶縁膜40をパターン形成する。
Subsequently, a ZrO 2 film having a thickness of 2000 mm is formed on the side surface of the
以降は、実施例1と同様にして形成することができる。
以上により得られる半導体レーザ素子は、実施例1と同様に、端面保護膜が電極の端部を被覆しているため、電極の剥がれを抑制できると共に、素子周縁部50c上のワイヤボンディング部には端面保護膜が回りこまないためリッジ上の電極に接続されるワイヤの剥がれを防止することができる。
Thereafter, it can be formed in the same manner as in Example 1.
In the semiconductor laser device obtained as described above, since the end face protective film covers the end portion of the electrode as in Example 1, it is possible to suppress the peeling of the electrode, and the wire bonding portion on the device
(実施例3)
リッジ23aを幅7.0μmで形成する他は実施例1と同様とする。以上により得られる半導体レーザ素子は、実施例1と略同様にワイヤの剥がれ防止の効果を奏するものである。
(Example 3)
The same procedure as in Example 1 is performed except that the
(実施例4)
半導体レーザ素子の共振器長を400μmとする以外は実施例1と同様にして形成する。これにより、ワイヤボンディング可能な領域の長さが、他の実施例と比較して小さくなったが、素子周縁部50c上のワイヤボンディング部には端面保護膜が回りこまないため、他の実施例と同様にリッジ上の電極に接続されるワイヤの剥がれを防止することができる。
Example 4
The semiconductor laser device is formed in the same manner as in Example 1 except that the resonator length is 400 μm. As a result, the length of the wire-bondable region is reduced as compared with the other embodiments, but the end face protective film does not come into contact with the wire bonding portion on the element
(実施例5)
半導体レーザ素子の幅を150μmとする以外は実施例1と同様にして形成する。これにより、第1絶縁膜の幅は狭くなり、その上に形成されるp電極の幅も狭くなるため、素子周縁部のワイヤボンディング可能な領域の幅が、他の実施例と比較して小さくなったが、素子周縁部50c上のワイヤボンディング部には端面保護膜が回りこまないため、他の実施例と同様にリッジ上の電極に接続されるワイヤの剥がれを防止することができる。
(Example 5)
The semiconductor laser element is formed in the same manner as in Example 1 except that the width is 150 μm. As a result, the width of the first insulating film is narrowed, and the width of the p-electrode formed thereon is also narrowed. Therefore, the width of the region capable of wire bonding at the periphery of the element is smaller than that of the other embodiments. However, since the end face protective film does not go around the wire bonding portion on the element
本発明に係る半導体レーザ素子は、レーザ素子を応用することができるすべてのデバイス、例えば、CDプレーヤ、MDプレーヤ、各種ゲーム機器、DVDプレーヤ、電話回線や海底ケーブル等の基幹ライン・光通信システム、レーザメス、レーザ治療機、レーザ指圧機等の医療機器、レーザビームプリンタ、ディスプレイ等の印刷機、各種測定装置、レーザ水準器、レーザ測長機、レーザスピードガン、レーザ温度系等の光センシング機器、レーザ電力輸送等の種々の分野において利用することができる。 The semiconductor laser device according to the present invention includes all devices to which the laser device can be applied, such as a CD player, an MD player, various game machines, a DVD player, a trunk line / optical communication system such as a telephone line and a submarine cable, Medical equipment such as laser scalpel, laser therapy machine, laser acupressure machine, printing machine such as laser beam printer, display, various measuring devices, laser level, laser measuring machine, laser speed gun, optical sensing equipment such as laser temperature system, It can be used in various fields such as laser power transportation.
10 基板
20 窒化物半導体層
21 n型半導体層(第1導電型半導体層)
22 活性層
23 p型半導体層(第2導電型半導体層)
23a リッジ
23b 凸部
40 絶縁膜
41 第1絶縁膜
42 第2絶縁膜
50 p電極
50a リッジ直上部
50b リッジ周辺部
50c 素子周縁部
60 n電極
70 ワイヤ
80,90 スペーサ
100 端面保護膜
100a 第1領域
100b 第2領域
101 切り欠き部、電極露出部
10
22 active layer 23 p-type semiconductor layer (second conductivity type semiconductor layer)
Claims (10)
前記共振器端面から連続して積層半導体及び前記電極の上面を被覆する端面保護膜を有し、
前記半導体レーザ素子の上面において、該端面保護膜が、共振器端面と反対側の端部に切り欠き部を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
A stacked semiconductor including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer, a striped ridge formed in the stacked semiconductor, an electrode formed on the ridge, and formed in the stacked semiconductor A semiconductor laser device having a cavity end face,
Having an end face protective film covering the top surface of the laminated semiconductor and the electrode continuously from the resonator end face;
2. A semiconductor laser device according to claim 1, wherein the end face protective film has a notch at the end opposite to the resonator end surface on the upper surface of the semiconductor laser device.
前記共振器端面から連続して積層半導体及び前記電極の上面を被覆する端面保護膜を有し、
該端面保護膜は、前記半導体レーザ素子の上面において、共振器端面側から順に第1領域と第2領域と、を有し、該第2領域の端面保護膜は、第1領域の端面保護膜よりも横方向の幅が狭いことを特徴とする半導体レーザ素子。
A stacked semiconductor including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer, a striped ridge formed in the stacked semiconductor, an electrode formed on the ridge, and formed in the stacked semiconductor A semiconductor laser device having a cavity end face,
Having an end face protective film covering the top surface of the laminated semiconductor and the electrode continuously from the resonator end face;
The end surface protective film has a first region and a second region in order from the resonator end surface side on the upper surface of the semiconductor laser element, and the end surface protective film of the second region is an end surface protective film of the first region. A semiconductor laser device characterized in that the lateral width is narrower than that.
An insulating film is formed on a surface of the laminated semiconductor, the electrode is formed from the ridge to the insulating film, and an upper surface of the electrode is higher than an upper surface of the insulating film. The semiconductor laser device according to claim 1 or 2.
第1絶縁膜は、リッジから所定距離だけ離間した前記積層半導体の表面を被覆し、第2絶縁膜は、リッジの側面、リッジと第1絶縁膜との間に露出した前記積層半導体の表面及び前記第1絶縁膜を被覆す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。
The insulating film has at least a first insulating film and a second insulating film,
The first insulating film covers the surface of the stacked semiconductor separated from the ridge by a predetermined distance, and the second insulating film includes a side surface of the ridge, the surface of the stacked semiconductor exposed between the ridge and the first insulating film, and 4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein the first insulating film is covered.
前記電極の上面は、リッジ直上面がリッジ周辺部上面よりも高く形成され、かつ、素子周縁部上面がリッジ直上面よりも高く形成される請求項4に記載の半導体レーザ素子。
The peripheral portion of the ridge directly covering the surface of the laminated semiconductor where the second insulating film is exposed between the ridge and the first insulating film, and the second insulating film covers the surface of the laminated semiconductor via the first insulating film. An element peripheral portion,
5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the upper surface of the electrode is formed such that the upper surface immediately above the ridge is higher than the upper surface of the peripheral portion of the ridge, and the upper surface of the periphery of the device is higher than the upper surface of the ridge.
The semiconductor laser device according to claim 5, wherein the cutout portion is provided on the peripheral portion of the device.
6. The semiconductor laser device according to claim 5, wherein the second region has an end face protective film portion and an electrode exposed portion, and the end face protective film portion is formed immediately above the ridge and in the periphery of the ridge.
8. The length of the end face protective film from the resonator end face to the opposite end is formed so that the portion immediately above the ridge and the peripheral portion of the ridge are longer than the peripheral portion of the element. The semiconductor laser device according to any one of the above.
9. The semiconductor laser device according to claim 5, wherein a thickness of the end face protective film is formed so that a portion immediately above the ridge and a peripheral portion of the ridge are thicker than a peripheral portion of the device.
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