專利名稱：半導(dǎo)體激光元件、其安裝結(jié)構(gòu)、其制造方法及其安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光元件、半導(dǎo)體激光元件的安裝結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體激光元件的制造方法以及半導(dǎo)體激光元件的安裝方法。
背景技術(shù)：
目前，作為光盤的讀取以及寫入用的光源，使用半導(dǎo)體激光元件。圖8A以及圖8B是表示在用作DVD(數(shù)字多用途盤)寫入用光源的現(xiàn)有半導(dǎo)體激光元件的截面圖。該半導(dǎo)體激光元件是脈沖功率是200mW級的AlGaInP基的紅色半導(dǎo)體激光元件。圖8A是用一次結(jié)晶生長工序制造的氣脊型(エァリッジタィプ)，圖8B是用二次結(jié)晶生長工序制造的再生長埋入型。圖9A以及圖9B分別表示在子支架(サブマゥント)上安裝圖8A以及圖8B的半導(dǎo)體激光元件100、130的狀態(tài)的截面圖。
圖8A的半導(dǎo)體激光元件100，在N-GaAs襯底102上具有N-GaAs緩沖層104、N-GaInP中間層106、N-AlInGaP包層108、非摻雜MQW(多重量子阱)有源層110、P-AlGaInP包層112、P-GaInP蝕刻停止層114、P-AlGaInP包層116、P-GaAs蓋層(包含GaInP中間層)118，在寬度方向中央，有在包含GaInP中間層的所述P-GaAs蓋層118和P-AlGaInP包層116上形成的脊部128。該脊部128的寬度和高度均約為2μm，在該脊部128的寬度方向兩側(cè)，形成寬度約為20μm的溝槽129。在所述脊部128的側(cè)面、所述溝槽129的內(nèi)側(cè)面、和所述P-GaAs蓋層118的表面形成由SiO2構(gòu)成的電介質(zhì)膜120，在所述脊部128內(nèi)進行寬度方向的光學(xué)約束。在所述電介質(zhì)膜120的表面和脊部128的P-GaAs蓋層118的表面，形成P側(cè)電極122，在該P側(cè)電極122上形成約3μm厚的P側(cè)鍍Au電極124。通過該P側(cè)鍍Au電極124，釋放由激光振蕩而產(chǎn)生的熱量，另外，緩和通過焊料熔接在子支架上安裝時的應(yīng)力應(yīng)變。在所述N型GaAs襯底102的下側(cè)面形成N側(cè)電極126。該半導(dǎo)體激光元件100的寬度為180～250μm，厚度約100μm，諧振器長度約1000μ～2000μm。
圖8B的半導(dǎo)體激光元件130，其在脊部158以下的部分和圖8A的半導(dǎo)體激光元件100同樣形成。即，在N-GaAs襯底132上形成N-GaAs緩沖層134、N-GaInP中間層136、N-AlInGaP包層138、非摻雜MQW有源層140、P-AlGaInP包層142、P-GaInP蝕刻停止層144。在該P-GaInP蝕刻停止層144上的寬度方向中央形成由P-AlGaInP包層145、P-GaAs蓋層(包含GaInP中間層)146構(gòu)成的脊部158。在該脊部158的寬度方向兩側(cè)，通過再生長形成N-AlInP阻斷層148以及N-GaAs阻斷層149。在該N-GaAs阻斷層149的表面形成P側(cè)電極150，在該P側(cè)電極150上形成P側(cè)鍍Au電極152。另外，在所述N型GaAs襯底132的下側(cè)面形成N側(cè)電極154。該半導(dǎo)體激光元件130，和圖8A的半導(dǎo)體激光元件100同樣，具有寬度180～250μm、厚度約100μm、諧振器長度約1000μ～2000μm。
所述現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光元件100、130，如圖9A以及圖9B所示，P側(cè)鍍Au電極124、152，通過焊料166、176熔接在子支架160、170上的P側(cè)電極162、172上而被安裝。在該安裝狀態(tài)下，所述半導(dǎo)體激光元件的有源層110、140的側(cè)面向外部露出。此外，在圖9A以及圖9B中，164以及174是N側(cè)電極。
另外，目前，作為輸出功率為200mW級的AlGaInP基的紅色大功率半導(dǎo)體激光器，有一種半導(dǎo)體激光器，其在n-GaAs襯底上具有n-GaAs緩沖層、n-AlGaInP包層、AlGaInP光導(dǎo)層、InGaP/AlGaInP-MQW有源層、AlGaInP光導(dǎo)層、p-AlGaInP包層、p-InGaP蝕刻停止層，在該蝕刻停止層上具有由p-AlGaInP包層、p-InGaP中間層以及p-GaA s接觸層形成的脊部(參照特開2005-093726號公報)。該半導(dǎo)體激光元件，具有覆蓋脊部的寬度方向的兩側(cè)面和在脊部的寬度方向的兩側(cè)露出的蝕刻停止層表面的電流阻止層、和覆蓋該電流阻止層的表面和接觸層30的上面的P側(cè)電極。該半導(dǎo)體激光元件具有寬度200～300μm、厚度約100～110μm、長度約1000μ～1500μm。另外，該半導(dǎo)體激光元件，把P側(cè)電極連接在子支架的電極上而被安裝，在該安裝狀態(tài)下，有源層的側(cè)面向外部露出。
但是，所述現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光元件存在難于減小尺寸這樣的問題。詳細(xì)地說，當(dāng)減小所述現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光元件的寬度時，由于有源層的寬度減小，有源層對于其他層的接觸面積減小，散熱性降低，其結(jié)果，會引起壽命縮短，或者引起發(fā)光波長以及光量不穩(wěn)定這樣的不良情況。此外，由于會引起諧振模式的變化，所以不能減小半導(dǎo)體激光元件的諧振器長方向的長度(縱深方向尺寸)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的課題是提供一種能夠防止散熱性降低同時實現(xiàn)小型化的半導(dǎo)體激光元件。
為解決所述課題，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光元件的特征在于，具有襯底，在所述襯底上形成的下部包層，在所述下部包層上形成的有源層，在所述有源層上形成的第一上部包層，覆蓋所述第一上部包層、有源層以及下部包層的側(cè)面的電介質(zhì)膜，覆蓋所述電介質(zhì)膜、并且電連接所述第一上部包層的電極層。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，通過從所述電極層供給的電流，向所述有源層注入載流子，通過受激發(fā)射放大生成激光。在該有源層中伴隨激光的生成而產(chǎn)生的熱量，向與有源層的厚度方向連接的其他層釋放。除此之外，所述有源層的熱量從該有源層的側(cè)面通過所述電介質(zhì)膜和電極層向外部釋放。另外，向所述有源層的厚度方向釋放的、向第一上部包層以及下部包層傳導(dǎo)的熱量，從該第一上部包層以及下部包層的側(cè)面，通過所述電介質(zhì)膜和電極層向外部釋放。因此，由于所述有源層的熱量以比現(xiàn)有元件更高的效率被釋放，所以能夠得到和現(xiàn)有元件同等的散熱效率的同時，能夠把有源層的寬度減小為比現(xiàn)有元件更小。其結(jié)果，半導(dǎo)體激光元件能夠比現(xiàn)有元件更加小型，從一個晶片可制造的個數(shù)比現(xiàn)有元件增多，能夠降低制造成本。
此外，所謂有源層的寬度，指半導(dǎo)體激光元件的射出端面中的有源層的長方向的尺寸。
另外，所謂所述第一上部包層、有源層以及下部包層的側(cè)面，指連接半導(dǎo)體激光元件的射出端面、和該射出端面大致成直角的面。換言之，指與半導(dǎo)體激光元件的諧振器長方向平行且所述各層延伸的平面大致成直角的面。
在一個實施方式的半導(dǎo)體激光元件中，所述電極層的厚度，在1μm以上50μm以下。
根據(jù)所述實施方式，能夠高效地向外部釋放所述有源層的熱量。而且，因為所述電極層的厚度在1μm以上50μm以下，所以能夠充分確保晶片強度，而且即使在電極層上使用Au也幾乎不會引起成本上升。
一個實施方式的半導(dǎo)體激光元件，在所述第一上部包層和所述電極層之間，具有含有第二上部包層以及蓋層的脊部。
根據(jù)所述實施方式，通過所述脊部能夠形成波導(dǎo)。
一個實施方式的半導(dǎo)體激光元件，在所述第一上部包層、有源層、下部包層上，形成寬度比所述襯底的下部的寬度小的窄幅部，所述電介質(zhì)膜，覆蓋所述窄幅部的側(cè)面。
根據(jù)所述實施方式，能夠有效削減有源層的寬度，實現(xiàn)半導(dǎo)體激光元件的小型化。
在一個實施方式的半導(dǎo)體激光元件中，所述窄幅部在所述襯底的上部形成。
根據(jù)所述實施方式，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體激光元件的小型化。
在一個實施方式的半導(dǎo)體激光元件中，所述電介質(zhì)膜覆蓋連接所述窄幅部的臺階部的表面，并且覆蓋所述襯底的上部和下部之間的臺階部的表面。
根據(jù)所述實施方式，能夠確實地使所述襯底和電極層之間電絕緣。
在一個實施方式的半導(dǎo)體激光元件中，所述電極層覆蓋至少一部分覆蓋在所述臺階部表面的所述電介質(zhì)膜。
根據(jù)所述實施方式，通過所述電極層能夠把半導(dǎo)體激光元件高效率地以熱方式連接到例如子支架上，而且能夠?qū)τ谒鲎又Ъ芗半姌O層有效地絕緣所述襯底。
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光元件的安裝結(jié)構(gòu)，具有所述半導(dǎo)體激光元件和具有在內(nèi)側(cè)面上形成電極的凹部的子支架，其特征為，在所述子支架的凹部內(nèi)，插入所述半導(dǎo)體激光元件的形成電極層的部分，該半導(dǎo)體激光元件的電極層和所述子支架的電極電連接。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，在所述半導(dǎo)體激光元件的有源層中產(chǎn)生的熱量，通過所述半導(dǎo)體激光元件的電極層，高效地傳遞到所述子支架。因此，能夠確保散熱性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)所述半導(dǎo)體激光元件的小型化，進而能夠使半導(dǎo)體激光元件的安裝結(jié)構(gòu)小型化。
一個實施方式的半導(dǎo)體激光元件的安裝結(jié)構(gòu)，具有在所述凹部內(nèi)設(shè)置的、熔接所述半導(dǎo)體激光元件的電極層和所述子支架的電極的焊料。
根據(jù)所述實施方式，在所述半導(dǎo)體激光元件的有源層中產(chǎn)生的熱量，通過所述焊料高效地傳遞到子支架。
在一個實施方式的半導(dǎo)體激光元件的安裝結(jié)構(gòu)中，所述子支架的、與所述半導(dǎo)體激光元件的諧振器長方向平行的方向的長度，比所述半導(dǎo)體激光元件的諧振器長度短。
根據(jù)所述實施方式，在所述子支架上搭載半導(dǎo)體激光元件的狀態(tài)下，所述半導(dǎo)體激光元件的射出端面從所述子支架的端面突出。由此，能夠降低由于連接所述半導(dǎo)體激光元件和子支架的例如焊料引起的、對于半導(dǎo)體激光元件的射出端面的影響。
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光元件的制造方法的特征在于，具有在晶片上形成下部包層的工序，在所述下部包層上形成有源層的工序，在所述有源層上形成第一上部包層的工序，形成至少到達所述下部包層的溝槽的溝槽形成工序，在所述溝槽的內(nèi)側(cè)面上形成電介質(zhì)膜的電介質(zhì)膜形成工序，在所述電介質(zhì)膜的表面上形成電連接所述第一上部包層的電極層的工序，沿所述溝槽的底面分割形成所述下部包層、有源層、第一上部包層、電介質(zhì)膜以及電極層的晶片的工序。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，在晶片上形成下部包層、有源層、第一上部包層，形成至少到達所述下部包層的溝槽。在所述溝槽內(nèi)形成電介質(zhì)膜、在該電介質(zhì)膜的表面形成電極層。該電極層與所述第一上部包層電連接。沿所述溝槽的底面分割形成有所述下部包層、有源層、第一上部包層、電介質(zhì)膜以及電極層的晶片。由此，制造在所述下部包層、有源層、及第一上部包層的側(cè)面通過電介質(zhì)膜形成電極層的半導(dǎo)體激光元件。
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光元件的安裝方法的特征在于，具有在具有內(nèi)側(cè)面上形成電極的凹部的子支架的所述凹部內(nèi)配置焊料的工序，把所述半導(dǎo)體激光元件形成的所述電極層的部分插入所述子支架的凹部內(nèi)的工序，
加熱所述焊料，使所述半導(dǎo)體激光元件的電極層和所述子支架的電極熔接的工序。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，在具有內(nèi)側(cè)面上形成電極的凹部的子支架的所述凹部內(nèi)，配置焊料，把所述半導(dǎo)體激光元件的形成所述電極層的部分插入該凹部內(nèi)。加熱所述焊料，使所述半導(dǎo)體激光元件的電極層和所述子支架的電極熔接。這樣安裝的半導(dǎo)體激光元件，在所述有源層中產(chǎn)生的熱量，能夠通過所述電極層和焊料高效地傳遞到子支架。因此，在確保散熱性的同時，能夠安裝小型的半導(dǎo)體激光元件。
如上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光元件，因為具有覆蓋在襯底上形成的下部包層、有源層以及第一上部包層的側(cè)面的電介質(zhì)膜、和覆蓋該電介質(zhì)膜的電極層，所以在所述有源層中伴隨激光的生成產(chǎn)生的熱量能夠從該有源層的側(cè)面、經(jīng)由所述電介質(zhì)膜和電極層向外部釋放，另外，能夠把在所述有源層的厚度方向上釋放、傳遞到第一上部包層以及下部包層的熱，從該第一上部包層以及下部包層的側(cè)面，經(jīng)由所述電介質(zhì)膜和電極層向外部釋放。因此，因為能夠以比現(xiàn)有元件高的效率放出有源層的熱量，在得到和現(xiàn)有元件同等的散熱效率的同時，能夠比現(xiàn)有元件更加減小有源層的寬度，其結(jié)果，能夠使半導(dǎo)體激光元件比現(xiàn)有元件更加小型化，能夠降低制造成本。
通過以下詳細(xì)的說明和添加的附圖能夠充分理解本發(fā)明。所添加的附圖僅用于說明的目的，而不限制本發(fā)明。


圖1是表示第一實施方式的半導(dǎo)體激光元件的截面圖；圖2A到2D是表示第一實施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造工序的圖；圖3E到3H是接續(xù)圖2D表示半導(dǎo)體激光元件的制造工序的圖；圖4是接續(xù)圖3H表示半導(dǎo)體激光元件的制造工序的圖；圖5是表示在子支架上安裝半導(dǎo)體激光元件的狀態(tài)的圖；圖6是表示第二實施方式的半導(dǎo)體激光元件的截面圖；圖7是表示第三實施方式的半導(dǎo)體激光元件的截面圖；圖8A以及8B是表示現(xiàn)有半導(dǎo)體激光元件的截面圖；圖9A以及9B是表示在子支架上安裝現(xiàn)有半導(dǎo)體激光元件的狀態(tài)的截面圖。
具體實施例方式
以下通過圖示的實施方式詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的半導(dǎo)體激光元件的截面圖。該半導(dǎo)體激光元件1具有200mW級的脈沖輸出功率，是由AlGaInP(鋁·鎵·銦·磷)基半導(dǎo)體形成的、發(fā)紅色光的半導(dǎo)體激光元件。
該半導(dǎo)體激光元件1，在N型GaAs(鎵·砷)襯底2上形成厚度為0.25μm的N型GaAs緩沖層4、厚度為0.25μm的N型GaInP中間層6、厚度為3.0μm的作為下部包層的N型AlGaInP包層8、厚度為0.2μm的非摻雜MQW有源層10、厚度為0.25μm的作為第一上部包層的P型AlGaInP包層12、厚度為1.2μm的作為第二上部包層的P型AlGaInP包層14、厚度為0.5μm的P型GaAs蓋層16。此外，雖然未圖示，但是在所述P型GaAs蓋層16內(nèi)包含厚度為0.035μm的P型GaInP中間層。另外，雖然未圖示，但是在所述P型AlGaInP包層12和P型AlGaInP包層14之間，形成厚度為0.01μm的P型GaInP蝕刻停止層。另外，雖然未圖示，但是在所述非摻雜MQW有源層10的上面以及下面，分別形成厚度為0.035μm的非摻雜AlGaInP引導(dǎo)層。所述非摻雜MQW有源層10，是順序形成厚度為0.005μm的非摻雜GaInP阱層、和厚度為0.006μm的非摻雜AlGaInP阻擋層的多重量子阱結(jié)構(gòu)。
在寬度比所述GaAs襯底2的下部的寬度小的窄幅部17上，形成從所述GaAs襯底2的上部到所述P型GaInP蝕刻停止層的各層。由此，在所述GaAs襯底2的上部和下部之間形成臺階部2a。另外，所述P型AlGaInP包層14和P型GaAs蓋層16在寬度比所述窄幅部17小的脊部15上形成。
在所述GaAs襯底2的臺階部的表面、所述窄幅部17的表面、和所述脊部15的側(cè)面，形成作為電介質(zhì)膜的SiO2(氧化硅)膜18。在該SiO2膜18的表面和所述P型GaAs蓋層16的表面形成P側(cè)電極層23。該P側(cè)電極層23由連接所述SiO2膜18的Ti(鈦)/Au(金)層、在該Ti/Au層上形成的鍍Au層、和在所述P型GaAs蓋層16的表面由AuZn(金鋅化合物)形成的歐姆電極構(gòu)成。該P側(cè)電極層23形成為3μm的厚度，雖然未圖示，但是在除去從諧振器長方向的兩端面朝向內(nèi)側(cè)7.5μm的范圍的區(qū)域外形成。此外，所述P側(cè)電極層23的厚度如果在1μm以上50μm以下，則在熱釋放、強度、成本這些方面有利。在GaAs襯底2的背面形成N側(cè)電極22。
所述半導(dǎo)體激光元件1的尺寸，寬度為40μm，高度為60μm，諧振器長度(垂直于圖1的紙面的方向的尺寸)為1260μm。所述窄幅部17形成為25μm的寬度，在該窄幅部17的兩側(cè)形成的臺階部形成為7.5μm的寬度。所述脊部15形成為2.0μm的寬度。
參照圖2至圖4，說明所述半導(dǎo)體激光元件1的制造方法。
首先，如圖2A所示，在GaAs襯底2上形成N型GaAs緩沖層4、N型GaInP中間層6、N型AlGaInP包層8。圖2A的GaAs襯底2，選出GaAs晶片的一部分描繪。在所述N型AlGaInP包層8上形成未圖示的非摻雜AlGaInP引導(dǎo)層，在該引導(dǎo)層上交替形成多層非摻雜GaInP阱層和非摻雜AlGaInP阻擋層而形成MQW有源層10，在該MQW有源層10上形成未圖示的非摻雜AlGaInP引導(dǎo)層。在該非摻雜AlGaInP引導(dǎo)層上形成P型AlGaInP包層12、P型GaInP蝕刻停止層13、P型AlGaInP包層14、未圖示的P型GaInP中間層、P型GaAs蓋層16。
從所述N型GaAs緩沖層4到P型GaAs蓋層16的各層通過使用MOCVD(有機金屬化學(xué)氣相生長)法的結(jié)晶生長而形成。
接著，如圖2B所示，通過光刻法和蝕刻除去P型GaAs蓋層16、P型GaInP中間層以及P型AlGaInP包層14的一部分，形成成為波導(dǎo)的脊部15。該脊部15互相相隔30μm而形成。
接著，如圖2C所示，在射出端面、和對應(yīng)于與該射出端面相對的端面的附近部分的有源層上，例如使用鋅(Zn)擴散法進行混晶化，形成窗結(jié)構(gòu)。該混晶化的工序也可以在形成脊部15之前進行。
接著，如圖2D所示，在脊部15的兩側(cè)，保留從該脊部15的中央到兩側(cè)為10μm的部分，形成到達GaAs襯底2的上部的溝槽T。該溝槽T形成為寬度10μm，相互間隔30μm。該溝槽T的深度形成為，在P型GaInP蝕刻停止層13、P型AlGaInP包層12、非摻雜AlGaInP引導(dǎo)層、非摻雜MQW有源層10、非摻雜AlGaInP引導(dǎo)層、N型AlGaInP包層8、N型GaInP中間層6以及N型GaAs緩沖層4的合計厚度約4μm之上，加上N型GaAs襯底2的上部的10μm，共計14μm的深度。該溝槽T的形成，使用光刻法和通過化學(xué)藥液的腐蝕或者干式蝕刻進行。此外，也可以通過切削形成溝槽T。
接著，如圖3E所示，在P型GaInP蝕刻停止層13的表面、脊部15的側(cè)面以及上面、溝槽T的整個內(nèi)側(cè)面上形成厚度為0.2μm的SiO2膜18。通過在所述脊部15的側(cè)面上設(shè)置的SiO2膜18，由從所述脊部15注入的電流而在有源層中生成的光，由于有源層內(nèi)的折射率差而在寬度方向被限制。在本實施方式中，電介質(zhì)膜用SiO2膜18形成，但是也可以使用例如SiN(氮化硅)膜等其他材料。另外，電介質(zhì)膜的材料或厚度，可以考慮折射率或者散熱性等適當(dāng)選擇。另外，所述電介質(zhì)膜需要在所述溝槽T內(nèi)形成均勻的厚度。在本實施方式中，使用P-CVD形成SiO2膜18。
接著，使用光刻法和蝕刻除去SiO2膜的脊部15的上側(cè)面的部分，在露出來的脊部15的上側(cè)面形成AuZn膜，進行約400℃的熱處理。由此，形成對于P型GaAs蓋層16歐姆連接的歐姆電極20。
接著，在所述SiO2膜18上通過濺射法順序形成厚度為0.15μm的Ti膜和厚度為0.2μm的Au膜。此后，對于所述Ti以及Au進行腐蝕，除去所述溝槽T的底面的寬度方向中央的部分。該除去Ti以及Au的區(qū)域為兩條邊界線之間的區(qū)域，該邊界線為分別從所述溝槽T的底面的寬度方向兩側(cè)的邊緣，即從連接所述窄幅部17的側(cè)面的兩側(cè)的邊緣、朝向溝槽T的底面的寬度方向中央相距2.5μm的位置處劃定的邊界線。這樣除去了Ti以及Au的寬度方向中央部分，形成圖3F所示那樣的Ti/Au層19。通過所述Ti，得到對于SiO2膜18高的粘接性。此外，代替所述Ti也可以使用Mo(鉬)，另外，代替Au也可以使用Pt(鉑)。
接著，如圖3G所示，在所述Ti/Au層19上，形成3μm厚的鍍Au層21。該鍍Au層21，和所述Ti/Au層19同樣，在溝槽T的底面的寬度方向中央部分上不形成。即，在所述Ti/Au層19以及溝槽T的底面的中央露出的SiO2膜18上，施行鍍Au后，在溝槽T的底面，通過腐蝕除去所述鍍Au的寬度方向中央部分。該除去的區(qū)域，和所述Ti/Au層19同樣，為兩條邊界線之間的區(qū)域，該邊界線為分別從與窄幅部17連接的所述溝槽T的底面的寬度方向兩側(cè)的邊緣、朝向溝槽T的底面的寬度方向中央相距2.5μm的位置處劃定的邊界線。另外，在諧振器長方向上，從射出端面以及相對射出端面的端面朝向內(nèi)側(cè)離開10μm的區(qū)域不形成鍍Au層21。由此，在切割晶片形成條時，或者切割條形成芯片時，能夠防止由于在該切割線或者分割線上存在金屬膜產(chǎn)生的精度降低等不良情況。
此外，也可以不形成所述鍍Au層21構(gòu)成半導(dǎo)體激光元件，在該半導(dǎo)體激光元件的芯片接合(ダィボンド)時，可以作為表面電極設(shè)置Au電極。但是，在晶片加工時形成厚度比較大的鍍Au層21，有利于提高半導(dǎo)體激光元件的散熱特性、或者芯片接合時的應(yīng)力應(yīng)變的緩和特性。特別是，通過把所述鍍Au層21形成為1μm以上的厚度，能夠有效提高散熱效果，另外，能夠有效緩和芯片接合時焊料粘合時的應(yīng)力。
接著，通過背面研磨方式的切削或者蝕刻除去GaAs襯底2的背面部分，使從GaAs襯底2的背面到P側(cè)電極層23的表面的厚度成為60μm。由于本實施方式的半導(dǎo)體激光元件的芯片寬度為40μm，所以即使做成比現(xiàn)有元件的厚度100μm薄的60μm，在制造工序中途或者半導(dǎo)體激光元件的成品狀態(tài)下，由于成為穩(wěn)定的形狀，沒有問題。此外，在制造工序中途的晶片的狀態(tài)下，當(dāng)厚度過小時，因為容易產(chǎn)生發(fā)生碎裂等不良情況，所以需要根據(jù)制造裝置或者制造工序的條件設(shè)定最佳的厚度。
接著，在所述N型GaAs襯底的背側(cè)面，使用濺射法蒸鍍AuGe(金鍺)和Ni(鎳)，施加熱處理后形成歐姆連接。進而，通過濺射法形成Mo和Au膜。然后，如圖3H所示，在與切割線以及分割線相距規(guī)定的距離的整個區(qū)域上腐蝕除去所述AuGe、Ni、Mo以及Au膜，以在切割條以及分割芯片時不產(chǎn)生精度降低的方式形成N例電極22。
此后，把形成所述各層的晶片從P型側(cè)分割為條狀，在所述有源層被混晶化后的部分上形成射出端面和與該射出端面相對的端面。在該射出端面(以下稱前端面)和與該射出端面相對的端面(以下稱后端面)的附近，通過把所述有源層混晶化，形成所謂的窗部。在所述前端面和后端面上，形成非對稱的包覆膜。詳細(xì)地說，在前端面上形成Al2O3(氧化鋁)膜，在后端面上形成Al2O3(氧化鋁)和Si(硅)的多層膜。在所述后端面上，也可以形成Ta2O5(氧化鉭)和SiO2多層膜、或TiO2(氧化鈦)和Al2O3的多層膜等。由此，所述前端面的反射率成為5％，后端面的反射率成為95％。
在把所述晶片切割為條狀時，在切割線的附近存在P側(cè)電極層的Ti/Au層19。如果考慮射出端面的散熱性，優(yōu)選在Ti/Au層19上存在鍍Au層，但是在切割時，軟的鍍Au層在端面上產(chǎn)生滴流(ダレ)等，會產(chǎn)生妨礙激光射出等不良情況。因此，在所述射出端面的附近，優(yōu)選不設(shè)置鍍Au層。關(guān)于射出端面的散熱性，在后述的芯片接合時，通過在射出端面附近的Ti/Au層19的表面上緊密附著焊料，能夠?qū)崿F(xiàn)散熱性的提高。
接著，把所述條狀的晶片分割為芯片狀。詳細(xì)地說，在溝槽T底面的寬度方向中央、也是P側(cè)電極23相互分離的區(qū)域的寬度方向中央，從在該區(qū)域上露出的SiO2膜用金剛石切割器加工劃線。然后，從N側(cè)電極22側(cè)通過板將襯底2向上推，沿所述劃線割裂襯底2，分割為芯片狀。在紅色半導(dǎo)體激光的情況下，因為一般使用5～15度切斷(オフ)的GaAs襯底2，所以如圖4所示，形成相對于襯底2的平面傾斜5～15度的分割面?？紤]該分割面的傾斜，需要決定芯片的N側(cè)電極22側(cè)的上推位置。此外，也可以在襯底2的N側(cè)電極22側(cè)加工劃線，從襯底2的P側(cè)電極層23側(cè)上推。另外，設(shè)置劃線的部分或者為進行分割被上推的部分，在P側(cè)電極23側(cè)為SiO2膜18的表面，而在N側(cè)電極22側(cè)是襯底2的背面。這樣，通過在電極22、23、特別是在不存在Mo或Ti等硬的電極材料的部分進行分割，能夠得到?jīng)]有金屬材料滴流或者不整齊的良好的分割面。
通過這樣的制造工序制造的半導(dǎo)體激光元件1，作為最大寬度的GaAs襯底2的下部的寬度比現(xiàn)有半導(dǎo)體激光元件的寬度顯著減小。具體地說，相對于現(xiàn)有半導(dǎo)體激光元件的寬度為200～300μm，本實施方式的半導(dǎo)體激光元件1的最大寬度是40μm。由此，本實施方式的半導(dǎo)體激光元件1能夠使從和現(xiàn)有技術(shù)相同尺寸的晶片可制造的數(shù)目比現(xiàn)有元件大幅度增加，其結(jié)果，能夠降低半導(dǎo)體激光元件1的成本。而且，本實施方式的半導(dǎo)體激光元件1，通過在有源層10的側(cè)面上具有電介質(zhì)膜18以及電極層23，能夠有效地向外部釋放在所述有源層10中產(chǎn)生的熱量，因此，可以比現(xiàn)有元件大幅度地減小有源層10的寬度。
圖5是表示在子支架上安裝所述實施方式的半導(dǎo)體激光元件1的狀態(tài)的圖，如圖5所示，子支架24具有插入所述半導(dǎo)體激光元件1的凹部25。所述凹部25的深度為18μm，寬度為35μm。所謂該凹部25的寬度，是與在該凹部25中插入的半導(dǎo)體激光元件1的射出端面的寬度平行的寬度。所述子支架24的縱深方向的尺寸是1610μm，比插入所述凹部25中的半導(dǎo)體激光元件1的諧振器的長度1620μm短10μm。所述子支架24由導(dǎo)熱性良好的AlN(氮化鋁)形成。在所述子支架24的形成凹部25一側(cè)的表面、和平坦的背面(圖5中的下側(cè)的面)形成Ti/Pt/Au膜。所述子支架24表面?zhèn)鹊腡i/Pt/Au膜，是子支架的P側(cè)電極26，該P側(cè)電極26在凹部25的內(nèi)側(cè)面上延伸。在所述子支架的凹部25的內(nèi)側(cè)面上均勻蒸鍍厚度為3μm的、由Au(70wt％)以及Sn(30wt％)形成的焊料28。在所述凹部25內(nèi)插入半導(dǎo)體激光元件1的形成P側(cè)電極層23的部分，通過加熱所述凹部25內(nèi)的AuSn焊料28使其熔融，使熔解的AuSn焊料28無間隙地連接在所述半導(dǎo)體激光元件1的P側(cè)電極層23上。
半導(dǎo)體激光元件1向所述子支架24的安裝如下進行。即，在把子支架24固定在工作臺上的同時，用夾套保持所述半導(dǎo)體激光元件1。接著，把所述子支架24加熱到規(guī)定溫度，熔融凹部25內(nèi)的AuSn焊料28。然后，控制所述夾套的位置，在所述熔融的焊料28存在于內(nèi)側(cè)的凹部25內(nèi)，插入由所述半導(dǎo)體激光元件1的P側(cè)電極層23覆蓋的部分。此時，控制半導(dǎo)體激光元件1向凹部25內(nèi)的插入量，使所述熔融的焊料28與半導(dǎo)體激光元件1的由SiO2膜覆蓋的面連接。由此，能夠防止焊料與GaAs襯底等接觸發(fā)生泄漏電流。另外，控制所述半導(dǎo)體激光元件1向凹部25內(nèi)的插入量，以使在所述半導(dǎo)體激光元件1中不發(fā)生過剩應(yīng)力。由此，可以防止在承受過剩應(yīng)力的狀態(tài)下進行芯片接合而引起的應(yīng)力應(yīng)變等。
在所述子支架2 4上搭載的半導(dǎo)體激光元件1，前端面和后端面分別從子支架24的端面突出5μm。這里，在安裝工序中，控制AuSn焊料28的加熱溫度以及加熱時間，以使熔融的AuSn焊料覆蓋半導(dǎo)體激光元件1的P側(cè)電極層23的表面。即，熔融的AuSn焊料28，從子支架24的凹部25的端部沿半導(dǎo)體激光元件1的P側(cè)電極層23的表面，到該P側(cè)電極層23的前端面?zhèn)鹊倪吘壓秃蠖嗣鎮(zhèn)鹊倪吘壋浞纸?，另外，與所述P側(cè)電極23的表面部分反應(yīng)。由此，從半導(dǎo)體激光元件1的前端面到后端面，在P側(cè)電極23的表面熔接AuSn焊料28，通過該AuSn焊料28，形成從半導(dǎo)體激光元件1到子支架2的散熱路徑。其結(jié)果，能夠把伴隨所述半導(dǎo)體激光元件1的激光振蕩的熱量，從有源層10的側(cè)面，通過SiO2膜18、P側(cè)電極23以及AuSn焊料28傳遞到子支架24，得到充分的散熱性能。特別是，能夠把發(fā)熱量比其他部分大的射出端面(前端面)附近的熱量有效地向子支架24散發(fā)。
圖6是表示本發(fā)明第二實施方式的半導(dǎo)體激光元件的截面圖。該半導(dǎo)體激光元件31，對于在脊部激光的寬度方向的光學(xué)約束，不是像圖1的半導(dǎo)體激光元件1那樣由電介質(zhì)膜18進行，而是通過埋入層進行。該半導(dǎo)體激光元件31，在GaAs襯底32上形成N型GaAs緩沖層34、N型GaInP中間層36、作為下部包層的N型AlGaInP包層38、非摻雜MQW有源層40、作為第一上部包層的P型AlGaInP包層42、作為第二上部包層的P型AlGaInP包層48、和P型GaAs蓋層50。所述P型AlGaInP包層48和P型GaAs蓋層50在脊部39形成。從所述GaAs襯底32到P型GaAs蓋層50，和圖1的半導(dǎo)體激光元件1同樣形成。在所述脊部的兩側(cè)，在所述P型AlGaInP包層42的表面形成的未圖示的蝕刻停止層上，通過再生長形成N-AlInP阻擋層44以及N-GaAs阻擋層46。在本實施方式的半導(dǎo)體激光元件31中，與圖1的半導(dǎo)體激光元件1同樣，形成寬度為20μm的窄幅部37。該窄幅部37，從所述GaAs襯底32的上部，跨越N-GaAs阻擋層46以及P型GaAs蓋層50而形成，在所述GaAs襯底32的上部的兩側(cè)，形成具有對于GaAs襯底32的下部的臺階的臺階部32a。所述臺階部32a和所述窄幅部37的上端之間的厚度方向的距離，形成為14μm。在所述窄幅部37的側(cè)面和臺階部32a的表面形成作為電介質(zhì)膜的SiO2膜58，在所述窄幅部37的側(cè)面形成的該SiO2膜58的表面、和所述窄幅部37的上面形成P側(cè)電極層52。該P側(cè)電極層52，也與圖1的半導(dǎo)體激光元件1的P側(cè)電極層23相同，由連接SiO2膜58的Ti/Au層、在該Ti/Au層表面形成的鍍Au層、和在所述P型GaAs蓋層50的表面由AuZn形成的歐姆電極構(gòu)成。在GaAs襯底32的背面形成N側(cè)電極59。
本實施方式的半導(dǎo)體激光元件31，和圖1的半導(dǎo)體激光元件1同樣，能夠通過在有源層40的側(cè)面形成的SiO2膜58和P側(cè)電極層52向安裝該半導(dǎo)體激光元件31的子支架高效率地進行散熱。其結(jié)果，所述半導(dǎo)體激光元件31，在確保現(xiàn)有元件的振蕩特性和可靠性的同時，能夠把包含所述有源層40的窄幅部37做成40μm左右的寬度，能夠比現(xiàn)有元件大幅度實現(xiàn)小型化，降低制造成本。
圖7是表示本發(fā)明第三實施方式的半導(dǎo)體激光元件的截面圖。
該半導(dǎo)體激光元件61，最大寬度和圖1以及圖6的脊部15、39的寬度大體相同，形成為2.0μm的寬度。該半導(dǎo)體激光元件61，在N型GaAs襯底62上，形成N型GaAs緩沖層64、N型GaInP中間層66、作為下部包層的N型AlGaInP包層68、非摻雜AlGaInP引導(dǎo)層70、非摻雜MQW有源層72、非摻雜AlGaInP引導(dǎo)層74、作為第一上部包層的P型AlGaInP包層76、P型InGaP中間層78以及P型GaAs蓋層80。所述N型GaAs襯底62的下部的外側(cè)面，通過N側(cè)歐姆電極88與N側(cè)電鍍電極86連接。所述P型GaAs蓋層80的上側(cè)面，通過P側(cè)歐姆電極82與作為電極層的P側(cè)電鍍電極84連接?？缭綇乃鯪型GaAs襯底62的上部到P型GaAs蓋層80，側(cè)面由電介質(zhì)膜85覆蓋。該電介質(zhì)膜85在所述N側(cè)電鍍電極86的表面延伸，在和該電介質(zhì)膜85的N側(cè)電鍍電極86相反的一側(cè)，所述P側(cè)電鍍電極84延伸。即，從所述N型GaAs襯底62的上部到P型GaAs蓋層80之間的各層、與所述P側(cè)電鍍電極84由電介質(zhì)膜85絕緣，并且由電介質(zhì)膜85絕緣所述P側(cè)電鍍電極84和N側(cè)電鍍電極86。
本實施方式的半導(dǎo)體激光元件61，通過連接所述有源層72的兩側(cè)面的電介質(zhì)膜85進行由有源層72生成的激光的寬度方向封閉。在該電介質(zhì)膜85的表面，通過設(shè)置充分厚的P側(cè)電鍍電極84，通過在該P側(cè)電鍍電極84上熔接的焊料，向通過該焊料安裝半導(dǎo)體激光元件61的子支架進行高效率的散熱。由此，為得到穩(wěn)定的振蕩特性具有充分的散熱特性，而且能夠使半導(dǎo)體激光元件61的寬度做成2.0μm，比現(xiàn)有元件大幅度減小。其結(jié)果能夠使半導(dǎo)體激光元件61的制造成本顯著降低。
在所述各實施方式中，舉例表示出使用AlGaInP基半導(dǎo)體的發(fā)紅色光的半導(dǎo)體激光元件，但是也可以構(gòu)成使用其他半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體激光元件。另外，半導(dǎo)體激光元件的輸出功率不限于200mW級。
另外，有源層的結(jié)構(gòu)，不限于MQW(多重量子阱)。
以上說明了本發(fā)明的實施方式，但是顯而易見，對它也可以進行各種變更。這樣的變更，不應(yīng)該認(rèn)為脫離了本發(fā)明的主旨和范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的變更被包含在權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，具有襯底；在所述襯底上形成的下部包層；在所述下部包層上形成的有源層；在所述有源層上形成的第一上部包層；覆蓋所述第一上部包層、有源層以及下部包層的側(cè)面的電介質(zhì)膜；覆蓋所述電介質(zhì)膜、并且電連接所述第一上部包層的電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述電極層的厚度在1μm以上50μm以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，在所述第一上部包層和所述電極層之間，具有包含第二上部包層以及蓋層的脊部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，在所述第一上部包層、有源層、下部包層上，形成寬度比所述襯底的下部寬度小的窄幅部，所述電介質(zhì)膜覆蓋所述窄幅部的側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述窄幅部在所述襯底的上部形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述電介質(zhì)膜覆蓋連接所述窄幅部的臺階部的表面，并且覆蓋所述襯底的上部和下部之間的臺階部的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體激光元件，其特征在于，所述電極層覆蓋至少一部分覆蓋在所述臺階部表面的電介質(zhì)膜。
8.一種半導(dǎo)體激光元件的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件，和具有內(nèi)側(cè)面上形成電極的凹部的子支架，在所述子支架的凹部內(nèi)，插入所述半導(dǎo)體激光元件的形成電極層的部分、該半導(dǎo)體激光元件的電極層和所述子支架的電極電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光元件的安裝結(jié)構(gòu)，其中，具有在所述凹部內(nèi)設(shè)置的、熔接所述半導(dǎo)體激光元件的電極層和所述子支架的電極的焊料。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光元件的安裝結(jié)構(gòu)，其中，所述子支架的與所述半導(dǎo)體激光元件的諧振器長方向平行的方向的長度，比所述半導(dǎo)體激光元件的諧振器長度短。
11.一種半導(dǎo)體激光元件的制造方法，其特征在于，具有在晶片上形成下部包層的工序，在所述下部包層上形成有源層的工序，在所述有源層上形成第一上部包層的工序，形成至少到達所述下部包層的溝槽的溝槽形成工序，在所述溝槽的內(nèi)側(cè)面形成電介質(zhì)膜的電介質(zhì)膜形成工序，在所述電介質(zhì)膜的表面形成電連接所述第一上部包層的電極層的工序，沿所述溝槽的底面分割形成有所述下部包層、有源層、第一上部包層、電介質(zhì)膜以及電極層的晶片的工序。
12.一種半導(dǎo)體激光元件的安裝方法，其特征在于，具有在具有內(nèi)側(cè)面上形成電極的凹部的子支架的所述凹部內(nèi)配置焊料的工序，把根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光元件的、形成所述電極層的部分插入所述子支架的凹部內(nèi)的工序，加熱所述焊料，使所述半導(dǎo)體激光元件的電極層和所述子支架的電極熔接的工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光元件、半導(dǎo)體激光元件的安裝結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體激光元件的制造方法以及半導(dǎo)體激光元件的安裝方法。在N型GaAs襯底(2)上，形成N型GaAs緩沖層(4)、N型GaInP中間層(6)、N型AlGaInP包層(8)、非摻雜MQW有源層(10)、P型AlGaInP包層(12)、P型AlGaInP包層(14)、P型GaAs蓋層(16)。P型包層(14)以及P型蓋層(16)在脊部(15)上形成。窄幅部(17)在N型襯底(2)的上部及所述各層中形成，在脊部(15)的側(cè)面、窄幅部(17)的表面、和N型襯底(2)的臺階部(2a)的表面形成SiO
文檔編號H01S5/022GK101022207SQ20071008798
公開日2007年8月22日 申請日期2007年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
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