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半導體激光元件及其制造方法

文檔序號:6865594閱讀:135來源:國知局
專利名稱:半導體激光元件及其制造方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種具有多條條紋(stripe)狀的脊部(ridge)的半導體激光元件及其制造方法。
背景技術
以往,就提出有各種各樣的脊部條紋(ridge stripe)型的半導體激光元件(例如,參照專利文件1)。例如,圖8A是表示以往的半導體激光元件的俯視圖,圖8B是表示上述半導體激光元件的剖面圖。在該半導體激光元件的基板上,依次形成有n型包覆層(clad layer)、活性層、p型包覆層、蝕刻阻止層(stopper layer)、p型包覆層、p型接觸層。而且,通過蝕刻p型包覆層及p型接觸層,在元件表面上形成有脊部101的同時,在脊部101的兩側以規(guī)定的間隔形成有支承體102、102。另外,為了簡化說明,在圖中省略圖示n型阻擋層(blocking layer)、p型電極及n型電極。
在這里,若將上述半導體激光元件的元件寬度設為300μm,則從脊部101的中心到支承體102、102的脊部101側端部的距離(以下,稱作脊部-支承體間距),例如被設定為70μm,另外,支承體102、102的寬度(芯片寬度方向的支承體102、102的長度)分別為50μm,而合起來被設定為100μm。因此,支承體寬度相對元件寬度的比例為(100/300)×10033%。
如圖8C所示,這種結構的半導體激光元件將基板上的脊部101及支承體102、102側安裝在襯底(sub-mount)110上,并中間夾著該襯底110而被保持(結向下(junction down)方式)在保持體上(未圖示)。
另外,以往,也提出有各種各樣的具有2條脊部、且可出射2束不同波長的激光或同一波長的激光的雙條紋(twin stripe)型半導體激光元件(例如,參照專利文獻2)。這種半導體激光元件是通過例如如下方法來制造的。另外,下面對中間夾著襯底而將半導體激光元件保持在保持體上的、適用所謂結向下方式的半導體激光元件的制造方法進行說明,但對與圖8A~圖8C表示的半導體激光元件相同的結構部分付與相同的附圖標記,并進行說明。
首先,在基板上形成n型緩沖層、n型包覆層、活性層、第一p型包覆層、蝕刻阻止層、第二p型包覆層、p型接觸層。然后,通過對第二p型包覆層及p型接觸層進行干蝕刻及濕蝕刻,而形成2條脊部101、101的同時,在脊部101、101的外側形成一對支承體102、102(參照圖9A)。另外,為了簡化說明,在圖中省略圖示n型阻擋層、p型電極及n型電極。
下面,在元件表面上形成n形阻擋層103(參照圖9B),并在其上面涂敷抗蝕劑(下面,只稱為抗蝕劑)104(參照圖9C)。然后,為了除去脊部101、101的頂部表面的抗蝕劑104,而將對該頂部以外部分進行遮光的遮光部105作為掩膜,并對抗蝕劑104進行曝光(參照圖9D)。由此,除去脊部101、101的頂部及其近旁的抗蝕劑104(參照圖9E)。
接著,蝕刻除去脊部101、101的頂部的n型阻擋層103(參照圖9F)。然后,剝離抗蝕劑104(參照圖9G),并在元件表面上形成與脊部101、101導通的p型電極106(參照圖9H)。另一方面,在基板的背面(與p型電極106相反側)形成n型電極(沒有圖示)。
專利文獻1JP特許第3348024號公報專利文獻2JP特開2003-69154號公報發(fā)明的公開發(fā)明要解決的課題但是,在圖9C所示的抗蝕劑104的涂敷工序一般是通過旋涂法來進行的。在該旋圖法中,向元件表面滴下抗蝕劑104之后,旋轉(zhuǎn)晶片而使抗蝕劑104橫向擴展,并通過光照射來將其固化。
但是,在上述制造方法中,對于1條脊部101僅在其一側(在圖9A至圖9H為元件外側)形成有支承體102,所以通過旋涂法所形成的抗蝕劑104的膜厚實際上在脊部101的內(nèi)側(不存在支承體102側)和外側(存在支承體102側)存在少許不同。其將引起對元件特性產(chǎn)生壞影響的結果。關于這一點,參照

圖10A至圖10D進行說明。
圖10A是表示在圖9E所示的工序中抗蝕劑104的膜厚相對1條脊部101而在元件內(nèi)側薄、在元件外側厚的情況。通過旋涂法來在元件表面上涂敷了抗蝕劑104時,剛涂敷之后抗蝕劑立即流入脊部間的槽中。通過該流入而在元件內(nèi)側的抗蝕劑104的膜厚可能會變得過薄,作為其極端的例子,在該抗蝕劑104上可能會產(chǎn)生孔107。
于是,對在圖9F所示的n型阻擋層103的蝕刻工序中,如圖10B所示,通過蝕刻不僅除去脊部101的頂部的n型阻擋層103,而且通過與脊部101相比位于元件內(nèi)側的、抗蝕劑104的孔107,連其下層的n型阻擋層103也被蝕刻而除去,從而形成間隙108。因此,在該狀態(tài)下剝離抗蝕劑104(參照圖10C),而形成了p型電極106以使其覆蓋脊部101時,p型電極106也會進入到n型阻擋層103的間隙108(參照圖10D)。通過這樣的結構上的不良,而導致元件的光功率等元件特性的劣化。
還有,在半導體激光元件中,若周圍的溫度變化,則伴隨其變化,例如,為得到一定的光功率而所需的工作電流和工作電壓、波長等諸特性也會變動。在這里,以下,對于周圍溫度的諸特性稱為溫度特性,并將相對周圍溫度的諸特性的變動稱為溫度特性的降低。溫度特性的降低將成為元件可靠性降低的一個重要原因,因此必須要極力對其進行抑制。
在此,若在半導體激光元件的各個特性中著眼于工作電流,則輸出激光的活性層的溫度越高工作電流越上升。這是由于活性層的溫度越高則將電流轉(zhuǎn)換為光的效率(轉(zhuǎn)換效率)越低。因此,為了提高元件的可靠性,有必要將在活性層及其周圍發(fā)生的熱量散熱到活性層以外的部位(元件以外的部位),而抑制活性層溫度的上升,從而抑制工作電流的上升。
在此,在適用結向下方式的半導體激光元件中,例如,如圖8A~圖8C所表示的那樣,在脊部的兩側設置支承體102、102,并將在活性層發(fā)生的熱量通過脊部101及支承體102、102來傳遞給襯底110。
但是,在上述的以往的半導體激光元件的結構中,將脊部-支承體間距設定為相對寬的70μm,另外,支承體的寬度對于芯片寬度的比例為(100/300)×10033%而相對小,因此,在脊部101的下部的活性層發(fā)生的熱量,實際上很難通過支承體102、102而傳遞到襯底110。因此,實際上元件的散熱沒有充分到能夠抑制活性層的溫度上升,其結果,工作電流上升(溫度特性降低),而還未達到確實地提高元件的可靠性的地步。
另外,另一方面,若脊部-支承體間距過短,則脊部101和支承體102、102間的蝕刻很難進行,另外,若支承體寬度對芯片寬度的比例過大,則在對脊部101和到支承體102、102的蝕刻阻止層進行蝕刻時,由于用于通過肉眼來確認蝕刻進程的區(qū)域減少,因此,通過肉眼來確認蝕刻進程變得困難,因此,反而使元件的制造變得更加困難,所以不妥當。
還有,在雙條紋型半導體激光元件中,對于1條脊部101僅在一側(在圖9A至圖9H為元件外側)形成有支承體102,所以上述問題變得更加顯著。
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的,其目的在于提供一種半導體激光元件及其制造方法,即對于雙條紋型半導體激光元件,(1)在制造具有多條脊部的元件時,能夠使涂敷在各脊部兩側的抗蝕劑的膜厚均勻,由此消除所發(fā)生的結構上的不良;(2)避免制造元件時的困難;(3)同時,確實地提高元件的散熱特性,從而確實地提高元件的溫度特性,由此能夠提高元件的溫度特性及可靠性的半導體激光元件及其制造方法。
用于解決課題的手段本發(fā)明的半導體激光元件是一種在保護脊部的一對第一支承體的內(nèi)側并列設置有多條上述脊部的半導體激光元件,其特征在于,在上述多條脊部之間設置有保護上述脊部的第二支承體。
根據(jù)上述結構,則雖在并列設置的多條脊部的外側形成有一對支承體(第一支承體),但在這些多條脊部之間也形成有支承體(第二支承體)。由此,例如,在制造元件時,即使在元件表面涂敷抗蝕劑而進行旋轉(zhuǎn)涂敷,也能夠通過該第二支承體來在一定程度上抑制相對脊部位于元件內(nèi)側的抗蝕劑流入脊部之間的槽中,從而能夠避免相對脊部位于元件內(nèi)側的抗蝕劑膜厚與元件外側相比大幅度地變薄。其結果,在其后的蝕刻工序(例如,對以覆蓋脊部的方式形成的阻擋層的脊部頂部部分的蝕刻工序)中,能夠避免一直被蝕刻到元件內(nèi)側的抗蝕劑的下層(除了脊部頂部以外的阻擋層)為止而元件結構發(fā)生不良,從而能夠避免元件特性的劣化。
特別是,若對應于各條脊部而設置上述第二支承體,則在1條脊部的兩側分別形成有支承體(第一支承體及第二支承體),從而形成1條脊部被夾在第一支承體和第二支承體之間的位置關系。因此,對每條脊部能夠確實地避免相對各脊部位于元件內(nèi)側的抗蝕劑的膜厚與元件外側相比變薄,從而能夠確實地避免由上述結構不良導致的元件特性的劣化。
另外,若在元件的最外緣設置有用于確認蝕刻進程的監(jiān)視區(qū)域,則通過上述第二支承體的形成,而即使在元件內(nèi)側的區(qū)域無法確認到其后的蝕刻進程,也能夠由元件最外緣的監(jiān)視區(qū)域?qū)ζ溥M行確認。其結果,能夠避免由蝕刻不良導致的元件的結構不良。
另外,若該監(jiān)視區(qū)域被兼用為用于分離元件的分離槽,則能夠使該分離槽持有分離元件的功能和蝕刻時的監(jiān)視功能兩方面,從而能夠以分離槽代用上述監(jiān)視區(qū)域。
進一步,若將從上述脊部的中心到上述支承體的上述脊部側的端部為止的距離(脊部-支承體間距)設定為大于20μm、且不到50μm,則由于不到50μm的脊部-支承體的間距與以往的70μm相比足夠短,所以在脊部下方的活性層所發(fā)生的熱量不僅確實地傳遞到脊部,而且也確實地傳遞到支承體。由此,能夠?qū)⑸鲜龅臒崃客ㄟ^脊部及支承體而向外部(例如,若為結向下方式,則通過襯底向保持體)散熱,從而能夠確實地提高元件的散熱特性。其結果,能夠確實地抑制活性層的溫度上升,而能夠確實地提高元件的溫度特性(例如,能夠確實地降低用于得到一定的光功率的工作電流),從而能夠確實地提高元件的可靠性。另外,由于脊部-支承體間距大于20μm,所以不會給脊部-支承體間的蝕刻帶來障礙,從而能夠充分地避免制造元件時的困難。
另外,優(yōu)選將脊部-支承體的間距設定為大于20μm、且40μm以下,更優(yōu)選設定為大于20μm、且33μm以下。這樣,通過使脊部-支承體的間距的上限變小,而能夠進一步確實地提高元件的散熱特性,從而能夠進一步提高元件的可靠性。特別是,若將脊部-支承體的間距設定為30μm以上、且33μm以下,則能夠確實地得到上述效果的同時,也能夠使脊部-支承體間的蝕刻區(qū)域變寬,因此其蝕刻變得容易。
另外,若將上述支承體的寬度(Wss;全部支承體的寬度的合計)對半導體激光元件的芯片寬度(Wc)的比例(Rw)設定為大于33%、且不到52%,則與以往的相比可確實地增加支承體面積。另外,所謂支承體面積是指從上方看元件時的支承體表面的平面面積。由此,能夠確實地提高在支承體的散熱效果、即在活性層所發(fā)生的熱量向外部的散熱效果。因此,能夠確實地抑制在活性層的溫度上升,從而能夠確實地提高元件的溫度特性(例如,能夠確實地降低用于得到一定的光功率的工作電流)。其結果,能夠確實地提高元件的可靠性。
另外,由于支承體的寬度不到芯片寬度的52%,所以能夠充分地確保在進行對脊部及支承體的蝕刻時的監(jiān)視區(qū)域(用于確認蝕刻阻止層為止的蝕刻的進程的區(qū)域)。其結果,不會給脊部及支承體的蝕刻帶來障礙,而能夠充分地避免制造元件時的困難。
但是,當元件在脊部的長度方向的長度一定時,支承體寬度對芯片寬度的比例與支承體面積對元件面積(從上方看元件時的元件表面的平面面積)的比例相等。因此,即使將支承體面積對元件面積的比例設定為大于33%、且不到52%,也能夠得到與上述同樣的效果。另外,這時,由于支承體的平面形狀并不僅限定于矩形,因此能夠構成各種各樣的平面形狀的支承體,從而能夠增加元件的變化。
另外,優(yōu)選將支承體的寬度設定為大于元件的芯片寬度的44%、且不到50%。若支承體的寬度大于元件的芯片寬度的44%,則由于支承體面積進一步加大,所以在支承體的散熱效果也進一步提高。因此,能夠確實地抑制在活性層的溫度上升,從而能夠進一步確實地提高元件的溫度特性。其結果,能夠進一步確實地提高元件的可靠性。
另外,若將支承體的寬度設定為不到元件的芯片寬度的50%,則能夠確保使上述監(jiān)視區(qū)域更大,所以能夠進一步確實地避免在蝕刻脊部及支承體時發(fā)生障礙,從而能夠進一步確實地避免制造元件時的困難。
另外,由與上述相同的考慮方法可知,即使將支承體的面積對元件面積的比例設定為大于44%、且不到50%,也能夠得到與上述相同的效果,而且,能夠由各種各樣的平面形狀來構成支承體。
另外,本發(fā)明的半導體激光元件的制造方法,其特征在于,具有在元件表面并列形成多條脊部的同時,對于各條脊部,以夾著各條脊部的方式形成多個支承體的工序;在上述脊部及上述支承體的表面形成阻擋層的工序;通過旋涂法來在上述阻擋層的表面涂敷保護膜的工序;除去覆蓋上述脊部的頂部的上述保護膜的工序;將上述保護膜作為掩膜,而除去覆蓋上述脊部的頂部的上述阻擋層的工序;以覆蓋上述脊部的方式形成電極層的工序。
根據(jù)該制造方法,則以夾著多個并列設置的各條脊部的方式形成支承體。即,在各脊部的兩側(元件內(nèi)側及元件外側)形成支承體。在此狀態(tài)下,在各脊部及各支承體表面形成阻擋層,并通過旋涂法在該阻擋層的表面上涂敷保護膜(例如,抗蝕劑)時,通過相對脊部位于元件內(nèi)側的支承體而在一定程度上能夠抑制相對各脊部位于元件內(nèi)側的抗蝕劑流入脊部之間的槽中。由此,相對脊部位于元件內(nèi)側的抗蝕劑膜厚不會比位于元件外側的抗蝕劑的膜厚大幅地變薄。
因此,之后,除去覆蓋脊部頂部的抗蝕劑,并將該抗蝕劑作為掩膜而除去覆蓋脊部頂部的阻擋層時,也能夠避免一直被除去到相對脊部位于元件內(nèi)側的抗蝕劑下層的阻擋層為止的情況,接著,在以覆蓋脊部的方式形成電極層時,也能夠避免該電極層進入除了脊部以外的阻擋層之間。其結果,能夠避免元件結構不良,從而能夠避免元件特性的劣化。
附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式中的半導體激光元件的概略結構的剖面圖。
圖2是表示以結向下方式將上述半導體激光元件連接在襯底的狀態(tài)的剖面圖。
圖3A至圖3H是表示圖1所示的半導體激光元件的制造工序的剖面圖。
圖4是表示作為單獨的半導體激光元件而制作圖1所示的雙條紋型的半導體激光元件中的一方的紅色激光出射部時的概略結構的剖面圖。
圖5是表示脊部-支承體間距和工作電流的關系的曲線圖。
圖6是表示支承體寬度對芯片寬度的比例和工作電流的關系的曲線圖。
圖7A至圖7C是表示支承體的其他的結構例的俯視圖。
圖8A是以往的半導體激光元件的俯視圖,圖8B是表示上述半導體激光元件的概略結構的剖面圖,圖8C是表示以結向下方式將上述半導體激光元件連接在襯底的狀態(tài)的剖面圖。
圖9A至圖9H是表示以往的半導體激光元件的制造工序的剖面圖。
圖10A至圖10D是詳細地表示圖9E及圖9F的一部分制造工序的剖面圖。
附圖標記的說明5分離槽(監(jiān)視區(qū)域)16脊部17支承體17a第一支承體17b第二支承體18阻擋層19p型電極(電極層)36脊部37支承體37a第一支承體37b第二支承體38阻擋層39p型電極(電極層)51阻擋層52抗蝕劑(保護膜)用于實施發(fā)明的最佳方式下面,基于附圖,對本發(fā)明的一個實施方式進行說明。
圖1是表示本發(fā)明的半導體激光元件(以下,簡單稱為元件)的概略結構的剖面圖。該元件1是一種可出射2束不同波長的激光、即紅色激光和紅外激光的、雙條紋型的元件1。在該元件的由n型(第一導電型)GaAs構成的基板10上,形成有出射紅色激光的紅色激光出射部2和出射紅外激光的紅外激光出射部3。
另外,在基板10上的紅色激光出射部2和紅外激光出射部3之間設置有用于防止短路的分離槽4。另外,在元件的最外緣設置有分離槽5。該分離槽5本來是用于分離相鄰形成在同一晶片上的元件,但在本實施方式中,當進行下述的制造工序中的蝕刻時,還作為用于確認蝕刻進程的監(jiān)視區(qū)域而發(fā)揮作用。
紅色激光出射部2是在基板10上依次層疊由n型GaInP構成的緩沖層11、由n型AlGaInP構成的n型包覆層12、由GaInP/AlGaInP構成、且出射紅色激光的活性層13、由p型(第二導電型)AlGaInP構成的p型包覆層14及由p型GaInP構成的蝕刻阻止層15而構成的。
在蝕刻阻止層15上,形成有條紋狀的脊部16的同時,在該脊部16的兩側,與脊部16隔有規(guī)定間隔而形成有支承體17。支承體17是用于將元件穩(wěn)定地安裝在下述襯底45(參照圖2)上的支承部,并通過該支承體17來保護脊部16。
支承體17是由相對脊部16而位于元件外側的第一支承體17a和位于元件內(nèi)側的第二支承體17b構成。在除了脊部16的頂部之外的表面上層疊有由n型AlInP構成的阻擋層18,并在脊部16的頂部及阻擋層18上層疊有p型電極19。另一方面,在基板10的背面?zhèn)刃纬捎信c紅外激光出射部3共享的n型電極20。
上述脊部16及支承體17是依序?qū)盈B由p型AlGaInP構成的p型包覆層21、由p型GaInP構成的接觸層22及由p型GaAs構成的接觸層23而構成的。
另一方面,紅外激光出射部3是在基板10上依次層疊出射紅外激光的活性層33、由p型AlGaAs構成的p型包覆層34及p型AlGaAs構成的蝕刻阻止層35而構成的,其中,上述活性層33是由n型AlGaAs構成的緩沖層31、由n型AlGaAs構成的n型包覆層32、AlGaAs/AlGaAs構成的。
在蝕刻阻止層35上形成有條紋狀的脊部36的同時,在該脊部36的兩側,與脊部36隔有規(guī)定間隔而形成有支承體37。支承體37是一種用于將元件穩(wěn)定地安裝在下述襯底45(參照圖2)上的支承部,而通過該支承體37來保護脊部36。即,支承體37發(fā)揮阻止由于元件加工工序中所受應力脊部36被折斷的功能。另外,支承體37也有效地發(fā)揮著作為散熱構件的功能。
支承體37是由相對脊部36而位于元件外側的第一支承體37a和位于元件內(nèi)側的第二支承體37b構成。在除了脊部36的頂部之外的表面上層疊有由n型AlGaAs構成的阻擋層38,并在脊部36的頂部及阻擋層38上層疊有p型電極39。
上述脊部36及支承體37是依序?qū)盈B由p型AlGaAs構成的p型包覆層41、由p型GaAs構成的接觸層42而構成的。
如圖2所示,上述結構的元件將基板10的p型電極19、39側安裝在襯底45上,而通過襯底45被保持在保持體(沒有圖示)上(結向下方式)。
這樣,在本實施方式的元件中,多條脊部36、16并列設置在一對第一支承體37a、17a的內(nèi)側,并在這些多條脊部36、16之間設置有第二支承體37b、17b。特別是,在本實施方式中,第二支承體37b、17b是對應于各條脊部36、16而被設置的。其結果,脊部36以由第一支承體37a和第二支承體37b隔有規(guī)定間隔而夾著的方式被設置,并且,脊部16以由第一支承體17a和第二支承體17b隔有規(guī)定間隔而夾著的方式被設置。
另外,在本實施方式中,元件寬度為例如300μm,脊部16、36的寬度分別為例如2μm。另外,脊部16、36之間的距離為例如110μm,脊部16、36的中心和分離槽4的中心的距離分別為例如55μm。進一步,從脊部16的中心到支承體17(第一支承體17a或第二支承體17b)的脊部16側的端部為止的距離、及從脊部36的中心到支承體37(第一支承體37a或第二支承體37b)的脊部36側的端部為止的距離分別為例如20μm。即,相對于脊部16,第一支承體17a及第二支承體17b具有線對稱的位置關系,并且,相對于脊部36,第一支承體37a及第二支承體37b具有線對稱的位置關系。
下面,基于圖1及圖3A~圖3H,對上述結構的元件的制造方法進行說明。
首先,分別對應于紅色激光出射部2及紅外激光出射部3而在基板10上層疊形成緩沖層11、31、n型包覆層12、32、活性層13、33、p型包覆層14、34、蝕刻阻止層15、35、p型包覆層21、41及接觸層22、23、42。然后,通過對p型包覆層21、41、接觸層22、23、42進行干蝕刻和濕蝕刻,而形成2條脊部16、36,和在脊部16、36的外側的第一支承體17a、37a,和在脊部16、36的內(nèi)側的第二支承體17b、37b(參照圖3A)。
下面,在元件表面上形成阻擋層51(以后成為阻擋層18、38)(參照圖3B),并通過旋涂法在其上面涂敷作為保護膜的抗蝕劑(以下,簡單稱為抗蝕劑)52(參照圖3C)。然后,為了除去脊部16、36的頂部表面的抗蝕劑52,而將對該頂部以外的部分進行遮光的遮光部53作為掩膜,對抗蝕劑52進行曝光(參照圖3D)。由此,除去脊部16、36的頂部及其近旁的抗蝕劑52(參照圖3E)。
接著,蝕刻除去脊部16、36的頂部的阻擋層51(參照圖3F)。然后,剝離抗蝕劑52(參照圖3G),并在元件表面形成分別和脊部16、36的頂部導通的p型電極19、39(參照圖3H)。另一方面,在基板的背面(p型電極19、39的相反側)形成n型電極20(參照圖1)。之后,通過分離槽5將相鄰的元件分離為各元件。
這里,在上述制造過程中,對在脊部16、36的兩側的抗蝕劑52的膜厚,分為有第二支承體17b、37b時(本發(fā)明)和沒有時(以往)而進行了測定。該測定對晶片中心部的相鄰的3個元件A、B、C、和除了這些以外的1個元件D合計4個元件,使用SEM(掃描電子顯微鏡)來測定(1)脊部頂部的抗蝕劑a的膜厚[μm];(2)相對脊部而位于元件外側的抗蝕劑b的膜厚[μm];(3)相對脊部而位于元件內(nèi)側的抗蝕劑c的膜厚[μm]。表1表示其測定結果。 單位[μm] ()內(nèi)為沒有第二支承體時的值從表1的結果可知,通過設置第二支承部17b,使紅色激光出射部2的脊部兩側的抗蝕劑b、c的膜厚差從0.15μm減少到0.09μm,從而可知夾著脊部而位于兩側的抗蝕劑厚度變得更加均勻。0.06μm的減少幅度相當于0.15μm的40%,這意味著抗蝕劑膜厚的不均勻性改善了40%。
另外,對于紅外激光出射部3,也通過設置第二支承部37b,而從0.10減少到0.07,從而可知夾著脊部而位于兩側的抗蝕劑的厚度變得更加均勻。0.03μm的減少幅度相當于0.10μm的30%,這意味著抗蝕劑膜厚的不均勻性改善了30%。
如上所述,本實施方式的元件采用了在一對第一支承體17a、37a之間并列設置有多條脊部16、36,并在該多條脊部16、36之間設置有第二支承體17b、37b的結構。由此,在制造元件時,即使在元件表面上涂敷抗蝕劑52而進行旋轉(zhuǎn)涂敷,也能夠通過該第二支承體17b、37b來在一定程度上抑制相對脊部16、36位于元件內(nèi)側的抗蝕劑52流入脊部之間的槽中。而且,能夠避免相對脊部16、36而位于元件內(nèi)側的抗蝕劑的膜厚與元件外側相比大幅地變薄。
因此,之后,即使除去覆蓋脊部頂部的抗蝕劑52、并將該抗蝕劑52作為掩膜而除去覆蓋在脊部頂部的阻擋層51時,也可以避免如以往那樣一直被除去到相對脊部16、36位于元件內(nèi)側的抗蝕劑52下層的阻擋層51為止的情況,因此,即使接著以覆蓋脊部16、36的方式形成電極層(在本實施方式中為p型電極19、39)時,也能夠避免該電極層在除了脊部16、36以外的部分進入到阻擋層51之間。其結果,能夠避免元件結構的不良,從而能夠避免元件特性的劣化。
特別是,不僅在脊部16、36之間設置1個第二支承體,而且,如本實施方式那樣,對應于各條脊部16、36而設置第二支承體17b、37b,從而,對于各脊部16、36,能夠通過第二支承體17b、37b來抑制抗蝕劑52從元件內(nèi)側流向元件外側。而且,對于每條脊部16、36,能夠確實地避免相對各脊部16、36而在元件內(nèi)側的抗蝕劑膜厚與元件外側相比變薄的情況。其結果,能夠確實地得到上述的本實施方式的效果。
另外,由于在脊部16、36的兩側形成有支承體17、37,所以與僅在單側形成有支承體17、37時相比,也具有能夠減少組裝損傷的效果。即,僅在脊部16、36的單側形成有支承體17、37的元件結構中,當通過襯底45將元件安裝到保持體時,負荷僅作用于單側的支承體17、37。但是,在本實施方式的元件結構中,能夠?qū)⒔M裝時的負荷分散于兩側的支承體17、37,從而能夠提供一種可靠性更高的元件。
另外,對于1個元件,不僅設置第一支承體17a、37a,而且也設置第二支承體17b、37b,從而,在通過襯底45將元件安裝在保持體時,能夠?qū)⒂蓙碜曰钚詫?3、33的激光功率所發(fā)生的熱量,不僅通過第一支承體17a、37a,而且也能夠通過第二支承體17b、37b來傳遞到襯底45側。即,在元件上設置第二支承體17b、37b的情況與沒有在元件上設置第二支承體17b、37b的情況相比,可提高元件的散熱特性。由此,能夠抑制在活性層13、33的溫度上升,從而能夠降低例如用于得到一定的光功率(例如,在70℃為40mw)的工作電流(流在電極之間的電流)。因此,通過這樣的溫度特性的提高,而能夠提高元件的可靠性。
下面,為了提高元件的散熱特性及溫度特性,而基于以下的對半導體激光元件的實驗結果,設定了從脊部16的中心到支承體17、17的脊部16側的端部為止的距離(以下,稱為脊部-支承體間距)Wa。參照附圖對該點進行說明。另外,圖4是表示作為單獨的半導體激光元件而制作圖1所示的雙條紋型的半導體激光元件中的一方的紅色激光出射部2時的概略結構的剖面圖,而且,對與圖1所示的結構相同的結構部分付與同一附圖標記,并省略其詳細的說明。
在本實施方式中,通過改變脊部-支承體間距Wa來調(diào)查了周圍溫度為70℃時用于得到一定的光功率P0(例如40mW)的工作電流Iop相對于周圍溫度為25℃時用于得到一定的光功率P0(例如40mW)的工作電流Iop(約85mA)的變化。在表2中表示其結果。另外,芯片寬度Wc為1個元件的寬度,在本實施方式中為300μm。還有,支承體17、17的各支承體的寬度Ws分別為50μm(支承體17、17的寬度總和為Wss)。圖5是基于表2的數(shù)值作成的、表示脊部-支承體間距Wa和工作電流Iop的關系的曲線圖。


如圖5所示,在脊部-支承體間距Wa為與以往相同的70μm處,工作電流Iop為133.6mA,取最大值。另外,在脊部-支承體間距Wa處于50μm以上、且70μm以下的范圍內(nèi)時,工作電流Iop也為同上的133.6mA,取最大值??梢哉J為,這是因為由于脊部-支承體間距Wa大,因此在活性層13所發(fā)生的熱量很難傳遞到支承體17、17,而散熱特性不太出眾,從而由在活性層13的溫度上升而導致工作電流Iop的增大。
另一方面,在脊部-支承體間距Wa為30μm處,工作電流Iop為122.9mA,取最小值,這可能是提高了散熱特性的結果,工作電流Iop變?yōu)樽钚?。即,在脊?支承體間距Wa為30μm處,對元件散熱特性的提高效果最高。
另外,在脊部-支承體間距Wa為20μm處,工作電流Iop為124.6mA,而雖不是最小值,但可以說比脊部-支承體間距Wa為以往的70μm時大幅地降低,因此可以說對散熱特性的提高效果依然很高。但是,在脊部-支承體間距Wa正好為20μm時,由于有必要高精度地進行對脊部16和支承體17、17之間的p型包覆層21、接觸層22及接觸層23的蝕刻,從而伴隨著制造上的困難,因此脊部-支承體間距Wa有必要取大于20μm的值。另外,如圖5的曲線圖所示,脊部-支承體間距Wa為33μm時,工作電流Iop也為同上的124.6mA,可以說對散熱特性的提高效果很大。
另外,在脊部-支承體間距Wa為40μm處,如圖5的曲線圖所示,工作電流Iop處于128.0mA附近,從而可以說對散熱特性的提高效果僅次于脊部-支承體間距Wa為30μm、20μm(33μm)時。
如上所述,為了得到對元件的散熱特性的提高效果,作為脊部-支承體間距Wa的上限而能夠考慮不到50μm、40μm以下、33μm以下、30μm以下。
另外,作為脊部-支承體間距Wa的下限而主要考容易地進行對慮脊部-支承體間的蝕刻的情況,從而能夠考慮大于20μm、30μm以上、33μm以上、40μm以上。
因此,脊部-支承體間距Wa的合適的范圍為大于20μm、且不到50μm的范圍,因此能夠通過適宜的組合上述的下限和上限來進行設定。即,能夠考慮到使脊部-支承體間距Wa處于大于20μm、且不到50μm的范圍;大于20μm、且40μm以下的范圍;大于20μm、且33μm以下的范圍;大于20μm、且30μm以下的范圍。另外,可以考慮脊部-支承體間距Wa在30μm以上、且不到50μm的范圍;30μm以上、且40μm以下的范圍;30μm以上、且33μm以下的范圍。進一步,也可以考慮脊部-支承體間距Wa在33μm以上、且不到50μm的范圍;33μm以上、且40μm以下的范圍;另外也可以考慮其在40μm以上、且不到50μm的范圍。
在這里,如圖5所示,將脊部-支承體間距Wa所在的、大于20μm、且30μm以下的范圍設為a;將30μm以上、且33μm以下的范圍設為b;將33μm以上、且40μm以下的范圍設為c;將40μm以上、且不到50μm的范圍設為d。另外,將邊界值包含在相鄰的任何一方的范圍內(nèi)而可。
若最最著眼于降低工作電流Iop,則脊部-支承體間距Wa的范圍優(yōu)選a與b中包含至少一方的范圍(a+b、a、b),其次,優(yōu)選在此基礎上包含c的范圍(例如,以a+b+c、b+c、c表示的范圍),再其次,優(yōu)選在此基礎上包含d的范圍(例如,以a+b+c+d、b+c+d、c+d、d表示的范圍)。
如上所述,在位于活性層13的上方的脊部16側具有支承體17、17的元件中,若基于上述的實驗結果,將脊部-支承體間距Wa設定為大于20μm、且不到50μm,則與將脊部-支承體間距Wa設定為70μm的以往相比,能夠確實地降低用于得到一定的光功率(例如,40mW)的工作電流Iop。換句話說,這意味著由于脊部-支承體間距Wa與以往的70μm相比被充分地縮短,所以在活性層13所發(fā)生的熱量通過脊部16及支承體17、17確實地傳遞到襯底,而提高了元件的散熱特性,從而提高了元件的溫度特性。因此,通過將脊部-支承體間距Wa設定在上述范圍內(nèi),而能夠確實地提高元件的可靠性。另外,由于脊部-支承體間距Wa大于20μm,所以不會給脊部-支承體間的蝕刻的帶來障礙,從而能夠充分地避免制造元件時的困難。
另外,若將脊部-支承體間距Wa的下限設為30μm以上,則由于對脊部-支承體間的蝕刻區(qū)域也擴展,從而使蝕刻變得更加容易。
下面,設定了支承體17、17的寬度Wss對元件的芯片寬度Wc的比例(以下,記載為寬度比Rw)。另外,所謂寬度Wss是指所有支承體17、17的寬度的合計,而1個支承體17的寬度記載為Ws。即,在具有2個支承體17、17的本實施方式的元件中,Wss=2Ws。另外,寬度比Rw=(支承體寬度Wss/芯片寬度Wc)×100。
在本實施方式中,通過改變寬度比Rw來調(diào)查了周圍溫度為70℃時用于得到一定的光功率P0(例如40mW)的工作電流Iop相對于周圍溫度為25℃時用于得到一定的光功率P0(例如40mW)的工作電流Iop(約85mA)的變化。其結果如表3所示。
另外,在本實施方式中,芯片寬度Wc為300μm。還有,脊部-支承體間距Wa是指從脊部16的中心到支承體17、17的脊部16側的端部為止的距離,在本實施方式中,將脊部-支承體間距Wa與支承體17的寬度Ws之和保持在120μm的同時,改變支承體寬度Ws,而改變寬度比Rw。圖6是基于表3的數(shù)值來作成的、表示寬度比Rw和工作電流Iop的關系的曲線圖。


如圖6所示,寬度比Rw在20%以上、且33%以下的范圍內(nèi)時,工作電流Iop僅減少了1mA。這意味著由于在活性層13所發(fā)生的熱量在支承體17、17的散熱效率不太出眾,因此抑制在活性層13的溫度上升的效果低,從而幾乎沒能抑制溫度特性的降低。
對此,若寬度比Rw超過33%,則工作電流Iop明顯地降低。這意味著隨著支承體17、17的支承體面積的增大,在支承體17、17的散熱效果顯著地提高,從而能夠有效地抑制在活性層13的溫度上升。因此,當寬度比Rw超過33%時,能夠確實地抑制元件的溫度特性的降低。特別是寬度比Rw超過40%時,工作電流Iop的降低變得更加顯著,從而元件的溫度特性的提高效果更加變高。
另一方面,在進行對脊部16及支承體17、17的蝕刻時,有必要確保脊部16和支承體17、17之間的區(qū)域而作為用于以肉眼確認蝕刻進程的監(jiān)視區(qū)域。根據(jù)實驗已經(jīng)知道在寬度比為52%以上時,無法通過該監(jiān)視區(qū)域以肉眼確認蝕刻的進程。
另外,雖然有通過在晶片上預先設置監(jiān)視區(qū)域,而使寬度比Rw的上限增大的方法,但若采用這種方法,則與在晶片上沒有設置監(jiān)視區(qū)域的情況相比,由1個晶片所加工出的元件的數(shù)目減少10%左右,因此元件的制造效率被降低。
因此,寬度比Rw優(yōu)選為大于33%、且不到52%,更優(yōu)選為大于40%、且不到52%。另外,若寬度比Rw的上限不到50%,則由于用于蝕刻的監(jiān)視區(qū)域更加變寬,所以寬度比Rw更優(yōu)選為大于33%、且不到50%,最優(yōu)選為大于40%、且不到50%。
如上所述,在位于活性層13的上方的脊部16的側方具有支承體17、17的元件中,若基于上述實驗結果,而將支承體寬度Wss對芯片寬度Wc的比例Rw設定為大于33%、且不到52%,則與以往相比確實地增加支承體面積,從而能夠確實地提高支承體17、17的散熱效果、即在活性層13所發(fā)生的熱量向外部(例如,襯底)的散熱效果。因此,能夠確實地抑制在活性層13的溫度上升,從而能夠確實地降低元件的工作電流Iop。其結果,能夠確實地提高元件的溫度特性,從而能夠確實地提高元件的可靠性。另外,由于支承體寬度Wss不到芯片寬度Wc的52%,所以能夠充分地確保對脊部16及支承體17、17進行蝕刻時的監(jiān)視區(qū)域,從而能夠充分地避免制造元件時的困難。
另外,通過將寬度比Rw設定為上述范圍,而使支承體面積比以往還寬,所以有這樣的利點確實地提高將元件安裝到襯底時的穩(wěn)定性,并且容易以結向下方式進行組裝。
但是,當元件的長度方向的長度為一定時,支承體面積對元件面積(從上方看元件時的元件表面的平面面積)的比例(以下,記載為面積比Rs)與寬度比Rw成正比。因此,對于上述的寬度比Rw的范圍,能夠換句話而作為面積比Rs的范圍來描述,在這種情況下,也可以得到與上述同樣的效果。
即,若將面積比Rs設定為大于33%、且不到52%,則可以得到與將寬度比Rw設定為大于33%、且不到52%時同樣的效果,并且,若將面積比Rs設定為大于40%、且不到50%,則可以得到與將寬度比Rw設定為大于40%、且不到50%時同樣的效果。
但是,在同時設置有多條脊部的半導體激光元件1中,若僅考慮提高散熱特性,則優(yōu)選為盡量加寬支承體寬度(第一支承體17a、37a的寬度及第二支承體17b、37b的寬度),但是,若支承體的寬度過寬,則以肉眼確認除了支承體以外部位的蝕刻進程變得困難。因此,當考慮到散熱特性及確認蝕刻的容易度兩方面時,優(yōu)選將支承體17、37的寬度設定成除了脊部16、36及支承體17、37之外的部位的寬度為元件寬度的40%以上。另外,優(yōu)選將支承體17、37的面積設定成除了脊部16、36及支承體17、37以外的部位的面積為元件面積的40%以上。
另外,在本實施方式中,對這樣的情況進行了說明,即,相對于脊部16,第一支承體17a和第二支承體17b呈線對稱,并且,相對于脊部36,第一支承體37a和第二支承體37b呈線對稱。但是,并不是必須滿足這樣的線對稱,即使為非線對稱,也可以通過設置第二支承體17b、37b來得到本實施方式的效果。
即,若可將面積比Rs控制在那樣一定的范圍內(nèi),則支承體17、17的形狀并不僅限定于俯視時的條紋形狀。例如,圖7A至圖7C表示單側的支承體17的平面形狀。如圖7A所示,支承體17可以采用對應于除了脊部16的長度方向的兩端部以外的部分粗、且對應于脊部16的長度方向兩端部的部分細的形狀。另外,與此相反,如圖7B所示,支承體17也可以采用對應于除了脊部16的長度方向的兩端部以外的部分細、且對應于脊部16的長度方向兩端部的部分粗的形狀。還有,如圖7C所示,支承體17也可以采用對應于除了脊部16的長度方向的兩端部以外的部分形成有開口部的形狀。
另外,對于另一方的支承體17也同樣,也可以采用上述任意一個平面形狀。另外,一方的支承體17和另一方的支承體17,也可以形成分別不同的平面形狀。另外,理所當然,支承體17、17的形狀也可以采用除了在圖7A至圖7C所示的形狀以外的形狀。
另外,所謂支承體17的對應于除了脊部16的長度方向的兩端部以外的部分是指將除了脊部16的長度方向的兩端部以外的部分向支承體17方向進行平移時,與支承體17重疊的部分。
另外,以上對芯片寬度為300μm的情況進行了說明,但并不僅限定于此,通過對任意的芯片寬度Wc適宜地設定寬度比Rw(面積比Rs),從而能夠得到本發(fā)明的效果。
另外,在本實施方式中,在元件1的最外緣設置有分離槽5,并活用該分離槽5而作為監(jiān)視區(qū)域。若如上述那樣在脊部16、36的元件內(nèi)側形成有第二支承體17b、37b,則與其相對應,以肉眼確認對除了支承體以外的部位的蝕刻進程的區(qū)域減少,從而對該確認產(chǎn)生障礙。但是,通過設置有分離槽5,而能夠?qū)⒃摲蛛x槽5活用為監(jiān)視區(qū)域,因此能夠避免由蝕刻不良導致的元件的結構不良。
另外,本來分離槽5是一種用于分離相鄰元件的槽,但由于該分離槽5兼用作上述的監(jiān)視區(qū)域,所以無需另外設置與分離槽5不同的監(jiān)視區(qū)域,從而能夠有效地活用分離槽5。
在上述實施方式中,將脊部16及支承體17的高度(不包含p型電極)設定為10μm以下、優(yōu)選為2~7μm的范圍。另外,將從活性層13到脊部16的頂上部為止的間隔設定為10μm以下、優(yōu)選為2~8μm的范圍。將P型電極19的厚度設定為1~5μm。將加上p型電極19的脊部16及支承體17的高度設定為15μm以下、優(yōu)選為3~12μm的范圍。
另外,在本實施方式中,針對出射不同的2個波長的激光的元件進行了說明,但只要是具有多條脊部的元件,則也可以將本發(fā)明適用于例如出射同一波長的激光的元件,或者,不僅適用于出射紅外波長區(qū)域和紅色波長區(qū)域的激光的元件,而且也適用于出射綠色或青色波長區(qū)域、進而藍紫波長區(qū)域的激光的元件。
例如,當使用出射藍紫波長區(qū)域的激光的元件2時,在GaN基板10上依次使由n型AlGaN包覆層12、InGaN量子井層及GaN阻擋層構成的3周期構造MQW活性層13、InGaN光導層14、AlGaN蝕刻阻止層15、p型AlGaN包覆層21、p型GaN接觸層22成長,并通過進行與上述的工序同樣的處理,而能夠形成出射藍紫波長區(qū)域的激光的元件2。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明可利用于作為對例如CD-R/RW、DVD-R/±RW、進而高密度的DVD等記錄介質(zhì)進行信息的記錄、再現(xiàn)的信息記錄再現(xiàn)裝置的光源而被使用的半導體激光元件及其制造上。
權利要求
1.一種半導體激光元件,在保護脊部的一對第一支承體的內(nèi)側并列設置有多條上述脊部,其特征在于,在上述多條脊部之間設置有保護上述脊部的第二支承體。
2.如權利要求1所述的半導體激光元件,其特征在于,上述第二支承體與各脊部相對應而被設置。
3.如權利要求1或2所述的半導體激光元件,其特征在于,在上述半導體激光元件的最外緣設置有用于確認蝕刻進程的監(jiān)視區(qū)域。
4.如權利要求3所述的半導體激光元件,其特征在于,上述監(jiān)視區(qū)域被兼用為用于分離上述半導體激光元件的分離槽。
5.如權利要求1所述的半導體激光元件,其特征在于,從上述脊部的中心到上述第一及第二支承體的上述脊部側的端部為止的距離設定為大于20μm、且不到50μm。
6.如權利要求5所述的半導體激光元件,其特征在于,上述距離設定為大于20μm、且40μm以下。
7.如權利要求5所述的半導體激光元件,其特征在于,上述距離設定為大于20μm、且33μm以下。
8.如權利要求5所述的半導體激光元件,其特征在于,上述距離設定為30μm以上、且33μm以下。
9.如權利要求1所述的半導體激光元件,其特征在于,上述第一及第二支承體的寬度對上述半導體激光元件的芯片寬度的比例設定為大于33%、且不到52%。
10.如權利要求9所述的半導體激光元件,其特征在于,上述第一及第二支承體的寬度對上述半導體激光元件的芯片寬度的比例設定為大于44%、且不到50%。
11.如權利要求1所述的半導體激光元件,其特征在于,上述第一及第二支承體的面積對上述半導體激光元件的面積的比例設定為大于33%、且不到52%。
12.如權利要求11所述的半導體激光元件,其特征在于,上述第一及第二支承體的面積對上述半導體激光元件的面積的比例設定為大于44%、且不到50%。
13.一種權利要求1~12中任意一項所述的半導體激光元件的制造方法,其特征在于,具有在元件表面并列形成多條脊部的同時,對于各條脊部,以夾著各條脊部的方式形成多個支承體的工序;在上述脊部及上述支承體的表面形成阻擋層的工序;通過旋涂法而在上述阻擋層的表面涂敷保護膜的工序;除去覆蓋上述脊部的頂部的上述保護膜的工序;將上述保護膜作為掩膜,而除去覆蓋上述脊部的頂部的上述阻擋層的工序;以覆蓋上述脊部的方式形成電極層的工序。
全文摘要
在并列設置多條脊部16、36的元件中,以夾著各脊部16、36的方式形成支承體17、37。更具體地說,在脊部16的元件外側形成第一支承體17a,并在元件內(nèi)側形成第二支承體17b。另外,在脊部36的元件外側形成第一支承體37a,并在元件內(nèi)側形成第二支承體37b。由此,在制造元件時,即使在元件表面涂敷抗蝕劑而進行旋轉(zhuǎn)涂敷,也能夠通過該第二支承體17b、37b來在一定的程度上抑制相對脊部16、36位于元件內(nèi)側的抗蝕劑流入脊部之間的槽中,從而能夠避免相對脊部16、36位于元件內(nèi)側的抗蝕劑膜厚與元件外側相比大幅度地變薄。
文檔編號H01S5/00GK1926731SQ200580006548
公開日2007年3月7日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權日2004年3月18日
發(fā)明者竿本仁志, 巖本學 申請人:三洋電機株式會社, 鳥取三洋電機株式會社
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