JPH11340587A - フリップチップ接合で製作した多重波長レ―ザアレ― - Google Patents

フリップチップ接合で製作した多重波長レ―ザアレ―

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JPH11340587A
JPH11340587A JP11125194A JP12519499A JPH11340587A JP H11340587 A JPH11340587 A JP H11340587A JP 11125194 A JP11125194 A JP 11125194A JP 12519499 A JP12519499 A JP 12519499A JP H11340587 A JPH11340587 A JP H11340587A
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ホフステッター ダニエル
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サン デカイ
Ross D Bringans
ディ ブリンガンス ロス
Michael A Kneissl
エイ ネイスル ミカエル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外から赤色および青色に至る広い波長スペ
クトル範囲の、密な間隔の多重波長レーザビームを放出
する能力をもつモノリシックな多重レーザ構造を提供す
る。 【解決手段】 赤色／赤外並列形レーザ構造１００が青
色レーザ構造２００に半田バンプ４０２，４０４でフリ
ップチップ接合され、ハイブリッド方式の集積化された
赤色／青色／赤外集積形レーザ構造４００が形成され
る。この方法によりエッチングや再成長による製造方法
に適合しない半導体材料系においても、異なる波長のレ
ーザ素子をもつレーザアレー構造を製作することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、多重波長レーザ
構造に関し、特に二種類の基板に形成されたレーザ構造
を基にしてフリップチップ接合によって製作される多重
波長レーザアレー構造に関する。
【従来の技術】アドレス可能なモノリシックな多重波長
光源、特にモノリシック構造内の種々のレーザ素子から
種々の波長の光ビームを同時に発光することができるア
レー形光源は、カラー印刷、フルカラーデジタルフィル
ム記録、カラーディスプレイ、およびその他の光記録や
記憶システムなどの様々な用途において有用である。
【０００２】レーザプリンタや光記憶装置などの多くの
装置は、多重レーザビームの活用によって性能が向上す
る。例えば、多重ビームを用いたレーザプリンタは単一
ビームを用いたプリンタよりも印刷速度の早さ、または
スポット形状のシャープさあるいはその両方の面で優れ
ている。
【０００３】上記その他の多くの用途において、異なる
波長をもつ、密な間隔の複数のレーザビームが必要とさ
れている。
【０００４】密な間隔の複数のレーザビームを得る方法
の一つに、複数のレーザ発光サイト（すなわちレーザス
トライプ）の共通基板上への形成がある。この方法は著
しく密な間隔の複数ビームを得ることができるものであ
るが、先行技術によるモノリシックなレーザアレーから
放出されるレーザビームは通常一波長のみであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】モノリシックなレーザ
アレーからの異なる波長のレーザビームの発生について
は、先行技術による様々な方法が知られている。例え
ば、周知のように各レーザ発振領域での駆動条件の変化
によって微量の波長変化が得られる。この方法は簡単に
実行できるが、波長の変化幅が小さく、大半の用途に対
して不十分である。
【０００６】大半の所望の用途において、レーザ素子か
ら波長が大きく異なる複数の光が放出されることが理想
的である。好適なモノリシック構造においては、レーザ
素子が赤外から赤色および青色にかけての広い波長範囲
のスペクトルをもつ光を放出する。課題の一つに、異な
る波長のレーザ光源を得るには異なる種類の光放出性活
性層が必要なことがある。つまり、青色レーザにはＩｎ
ＧａＡｌＮなどの窒化物系半導体層、赤外レーザにはＡ
ｌＩｎＧａＡｓなどの砒素系半導体層が必要であり、赤
色レーザにはＧａＩｎＰなどのリン化物系半導体層が必
要である。
【０００７】本発明は、赤外から赤色および青色にかけ
ての波長スペクトルをもつ、密な間隔の多重波長レーザ
ビームを放出することが可能なモノリシック構造の多重
レーザを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】赤色／赤外並列形レーザ
構造が青色レーザ構造にフリップチップ接合されて、赤
色／青色／赤外ハイブリッド方式の集積化されたレーザ
構造が形成される。この方法によりエッチングや再成長
による製造方法に適合しない半導体材料系においても、
異なる波長のレーザ素子をもつレーザアレー構造を製作
することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、赤色／赤外並列形レー
ザ構造の製作と、青色レーザ構造の製作および赤色／赤
外スタック形レーザ構造の反転並びに青色レーザ構造へ
のフリップチップ接合を行い、結果的に赤色／青色／赤
外集積形レーザ構造を得るものである。
【００１０】図１に本発明による赤色／赤外並列形レー
ザ構造１００を示す。
【００１１】図１に示すように、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）と呼ばれる周知のエピタキシャル成長法
を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２上にｎ型Ａｌ0.5Ｉ
ｎ0.5Ｐ下部クラッド層１０４を成長させる。他の成長
法、例えば液相エピタキシ（ＬＰＥ）、分子線エピタキ
シ（ＭＢＥ）、およびその他の公知の結晶成長法を使用
してもよい。下部クラッド層１０４のアルミニウムのモ
ル分率は約５０％であり、ドーピングレベルは１〜５×
１０18ｃｍ-3である。ＡｌＩｎＰ下部クラッド層１０４
の厚さは約１μｍである。ｎ型ＧａＡｓ基板１０２のド
ーピングレビルは約５×１０18ｃｍ-3以上である。
【００１２】下部クラッド層１０４上にドーピングなし
のＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部閉じ込め層１０６を形成す
る。下部閉じ込め層１０６のアルミニウム含有量は約４
０％であり、厚さは約１２０ナノメータである。下部閉
じ込め層１０６の形成後、Ｉｎ0.15Ａｌ0.15Ｇａ0.7Ａ
ｓ活性層１０８を形成する。活性層１０８は約８３５ｎ
ｍの光を放出する。活性層１０８は、一量子井戸、多重
量子井戸、あるいは一量子井戸より膜厚の大きい単一層
のいずれでもよい。一量子井戸の厚さは一般に５〜２０
ナノメータであり、本実施例では８ナノメータである。
活性層１０８上にドーピングなしのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ
上部閉じ込め層１１０を形成する。上部閉じ込め層１１
０の典型的なアルミニウム含有量は４０％であり、厚さ
は約１２０ナノメータである。下部閉じ込め層１０６、
上部閉じ込め層１１０及び活性層１０８が、しきい値電
流が低くて光放散の少ないレーザ構造に適した活性領域
１１２を形成する。
【００１３】赤外レーザ構造１２０の上部閉じ込め層１
１０上に、約１μｍ厚さのＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッ
ド層１１４を形成する。典型的な上部クラッド層１１４
のアルミニウム含有量は５０％であり、マグネシウムの
ドーピングレベルは５×１０18ｃｍ-3である。
【００１４】ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層１１
４上にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ障壁低減層１１６を形成する。
典型的な障壁低減層１１６では、膜厚が５０ｎｍであ
り、マグネシウムのドーピングレベルが約５×１０18ｃ
ｍ-3である。このＧａＩｎＰ障壁低減層１１６上にｐ+
型ＧａＡｓキャップ層１１８を形成する。典型的なキャ
ップ層１１８では、膜厚が１００ナノメータであり、マ
グネシウムのドーピングレベルが１×１０19ｃｍ-3であ
る。
【００１５】ｎ型ＧａＡｓ基板１０２からキャップ層１
１８までの層で赤外レーザ構造１２０が形成される。
【００１６】赤外レーザ構造１２０のエピタキシャル成
長後、図１の赤色／赤外並列形レーザ構造１００上に窒
化シリコン（ＳｉＮx）または酸化シリコン（ＳｉＯx）
層（図示せず）を被覆する。この後、この窒化シリコン
または酸化シリコン層中にフォトリソグラフィおよびプ
ラズマエッチングを用いて複数のストライプ状の窓を開
ける。各ストライプ状窓（図示せず）の幅は３００ミク
ロンであり、間隔は５００ミクロンである。次いで、ク
エン酸（Ｃ6Ｈ8Ｏ7： Ｈ2Ｏ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）
およびシュウ酸（ＨＢｒ）を用いて湿式化学エッチング
により窓部の赤外レーザ構造１２０をエッチングで除去
する。このエッチングは、キャップ層１１８、障壁低減
層１１６、上部クラッド層１１４、上部閉じ込め層１１
０、活性層１０８、下部閉じ込め層１０６および下部ク
ラッド層１０４を厚さ方向に順にエッチングしてｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１０２に達するまで行う。次にこの窓部内の
基板上に赤色レーザ構造を成長させる。赤色レーザ構造
の形成後、残った赤外レーザ構造１２０表面の窒化シリ
コンまたは酸化シリコン層をプラズマエッチングで除去
する。
【００１７】ｎ型ＧａＡｓ基板１０２上にｎ型Ａｌ0.5
Ｉｎ0.5Ｐ下部クラッド層１２４を形成する。下部クラ
ッド層１２４のアルミニウムのモル分率は約５０％であ
り、ドーピングレベルは１〜５×１０18ｃｍ-3である。
ＡｌＩｎＰ下部クラッド層１２４の厚さは約１ミクロン
（μｍ）である。
【００１８】下部クラッド層１２４上にドーピングなし
のＩｎ0.5（Ａｌ0.6Ｇａ0.4）0.5Ｐ下部閉じ込め層１２
６を形成する。下部閉じ込め層１２６のアルミニウム含
有量は約３０％であり、厚さは約１２０ナノメータであ
る。下部閉じ込め層１２６の形成後、Ｉｎ0.6Ｇａ0.4Ｐ
活性層１２８を形成する。活性層１２８は約６７０ナノ
メータの光を放出する。活性層１２８は、一量子井戸、
多重量子井戸、あるいは一量子井戸より膜厚の大きい単
一層のいずれでもよい。一量子井戸の厚さは一般に５〜
２０ナノメータであり、本実施例では８ナノメータであ
る。活性層１２８上にドーピングなしのＩｎ0.5（Ａｌ
0.6Ｇａ0.4）0.5Ｐ上部閉じ込め層１３０を形成する。
典型的な上部閉じ込め層１３０では、アルミニウム含有
量が３０％であり、厚さが約１２０ナノメータである。
下部閉じ込め層１２６、上部閉じ込め層１３０及び活性
層１２８が、しきい値電流が低くて光放散の少ないレー
ザ構造に適した活性領域１３２を形成する。
【００１９】赤色レーザ構造１４０の上部閉じ込め層１
３０上に、約１ミクロン厚さのＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部ク
ラッド層１３４を形成する。典型的な上部クラッド層１
３４では、アルミニウム含有量が５０％で、マグネシウ
ムのドーピングレベルが５×１０18ｃｍ-3である。
【００２０】ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層１３
４上にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ障壁低減層１３６を形成する。
典型的なＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ障壁低減層１３６では、厚さ
が５０ナノメータで、マグネシウムのドーピングレベル
が約５×１０18ｃｍ-3である。この障壁低減ＧａＩｎＰ
障壁低減層１３６上にｐ+型ＧａＡｓキャップ層１３８
を形成する。典型的なキャップ層１３８では、厚さが１
００ナノメータで、マグネシウムのドーピングレベルが
１×１０19ｃｍ-3である。
【００２１】ｎ型ＧａＡｓ基板１０２からキャップ層１
３８の層で赤色レーザ構造１４０が形成される。
【００２２】赤外レーザ構造１２０と赤色レーザ構造１
４０はｎ型ＧａＡｓ基板１０２を共有する。赤外レーザ
構造１２０と赤色レーザ構造１４０の各々の上下クラッ
ド層と障壁低減層およびキャップ層は同じ半導体材料か
らなり、各々が同じ厚さと同じドーピングレベル（ドー
ピングなしの場合も含む）をもつ。赤外レーザ構造１２
０と赤色レーザ構造１４０の各々の上下の閉じ込め層と
活性層は（半導体材料は異なるが）厚さが等しいため、
赤色／赤外並列形レーザ構造１００中の赤外レーザ構造
１２０および赤色レーザ構造１４０の各光放出用活性領
域は高さが等しく、かつ平行である。同様に、キャップ
層１１８および１３８上の、赤外レーザ構造１２０およ
び赤色レーザ構造１４０用の各電極接点は高さが等し
く、かつ平行である。
【００２３】赤色／赤外並列形レーザ構造１００におけ
る赤外レーザ構造１２０と赤色レーザ構造１４０の、各
々の並列形レーザ構造間での横方向の間隔は正確に５０
μｍであり、縦方向の間隔は実質的にゼロである。
【００２４】図２に示す形状の、赤色／赤外並列形レー
ザ構造１００のリッジ状導波路を製作する。
【００２５】図１に示した赤色／赤外並列形レーザ構造
１００の半導体層を全て形成した後、図２に示すよう
に、窒化シリコン（ＳｉＮx）または酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2）層を赤外レーザ構造１２０のキャップ層１１８
の上面および赤色レーザ構造１４０のキャップ層１３８
の上面に形成する。５０μｍ間隔の２本のストライプパ
ターンをキャップ層１１８および１３８上に形成し、ス
トライプの間の部分を開口窓にする。
【００２６】臭素とメタノールの混合（Ｂｒ：ＣＨ3Ｏ
Ｈ）溶液を用いて赤外レーザ構造１２０のキャップ層１
１８と障壁低減層１１６の非マスク領域をエッチング
し、マスク領域すなわちエッチングをされないキャップ
層１１８と障壁低減層１１６からなる小形のメサ１５０
を開口窓状の溝間に形成する。
【００２７】同様に、臭素とメタノールの混合（Ｂｒ：
ＣＨ3ＯＨ）溶液を用いて赤色レーザ構造１４０のキャ
ップ層１３８と障壁低減層１３６の非マスク領域をエッ
チングし、マスク領域すなわちエッチングをされないキ
ャップ層１３８と障壁低減層１３６からなる小形のメサ
１５２を開口窓状の溝間に形成する。
【００２８】次にリン酸（Ｈ3ＰＯ4）を用いてメサ１５
０の両側の１ミクロン厚さのｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部
クラッド層１１４の非マスク領域を時限エッチング法に
より厚さ方向にエッチングして、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ
上部クラッド層１１４の、上部閉じこめ層１１０、活性
層１０８および下部閉じこめ層１０６からなる活性領域
１１２上での厚さが０．３５ミクロンになるようにす
る。
【００２９】同様に、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）を用いてメサ
１５２の両側の１ミクロン厚さのｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ
上部クラッド層１３４の非マスク領域を限時エッチング
法により厚さ方向にエッチングして、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ
0.5Ｐ上部クラッド層１３４の、上部閉じこめ層１３
０、活性層１２８および下部閉じこめ層１２６からなる
活性領域１３２上での厚さが０．３５ミクロンになるよ
うにする。
【００３０】湿式化学エッチングの代わりに反応性イオ
ンエッチングを用いてもよい。
【００３１】エッチングが完了して図２の形状が出来上
がった後、窒化シリコンのストライプを除去する。
【００３２】メサ１５０の下方に残ったＡｌ0.5Ｉｎ0.5
Ｐ上部クラッド層１５４がリッジ状導波路１５６を形成
する。この導波路１５６は、赤外レーザ構造１２０の活
性領域から放出された光の光学的閉じ込め効果をもつ。
【００３３】メサ１５２の下方に残ったＡｌ0.5Ｉｎ0.5
Ｐ上部クラッド層１５８がリッジ状導波路１６０を形成
する。この導波路１６０は、赤色レーザ構造１４０の活
性領域から放出された光の光学的閉じ込め効果をもつ。
【００３４】赤外レーザ構造１２０と赤色レーザ構造１
４０間を基板１０２に達するまで厚さ方向にエッチング
して絶縁用溝１６２を形成する。この溝によって二つの
レーザ構造間が電気的および熱的に絶縁され、両レーザ
構造間のクロストークが減少する。
【００３５】窒化シリコンストライプを除去した後、Ｔ
ｉ／Ａｕのｐ型金属電極１６４を赤外レーザ構造１２０
のキャップ層１１８と接触層即ち障壁低減層１１６およ
び上部クラッド層１１４の上面に形成する。リッジ状導
波路１５６はこのｐ型金属電極１６４内に閉じ込められ
る。Ｔｉ／Ａｕのｐ型金属電極１６６を、赤色レーザ構
造１４０のキャップ層１３８と接触層即ち障壁低減層１
３６および上部クラッド層１３４の上面に形成する。リ
ッジ状導波路１６０はこのｐ型金属電極１６６内に閉じ
込められる。赤外レーザ構造１２０と赤色レーザ構造１
４０との共通電極となる、Ａｕ／Ｇｅのｎ型金属電極１
６８を基板１０２の下面に形成する。
【００３６】金属電極に閉じ込められたリッジ状導波路
１５６をもつ赤外レーザ構造１２０と金属電極に閉じ込
められたリッジ状導波路１６０をもつ赤色レーザ構造１
４０は、いずれもシングルモードの横波光を放出する。
【００３７】この赤外および赤色レーザ構造は緊密に並
列配置しているにも係わらず、３ナノ秒未満という早い
スイッチング速度での個別アドレスが可能である。
【００３８】図２に示す赤色／赤外並列形レーザ構造１
００はエッジ発光形のアレー構造をもつ。従来形の刻面
（図示せず）を赤色／赤外並列形レーザ構造１００の端
部に形成する。赤外レーザ構造１２０は、活性層１０８
を含む活性領域１１２で発生した赤外波長光をレーザ構
造の端部から放出する。赤色レーザ構造１４０は、活性
層１２８を含む活性領域１３２で発生した赤色波長光を
レーザ構造の端部から放出する。
【００３９】図３に本発明による青色レーザ構造２００
を示す。
【００４０】青色レーザ構造２００はサファイア（Ａｌ
2Ｏ3）基板２０２をもつ。基板２０２上に、ドーピング
なしのバッファ層２０４を３０ナノメータ厚さに形成す
る。このドーピングなしのバッファ層２０４上にｎ型Ｇ
ａＮバッファ層２０６を形成する。このｎ型バッファ層
２０６のシリコンのドーピングレベルは１×１０18ｃｍ
-3で、膜厚は４ミクロンである。上記ｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層２０６上にｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ歪み低減層２
０８を形成する。ＩｎＧａＮ歪み低減層２０８の膜厚は
０．１ミクロンで、シリコンのドーピングレベルは１×
１０18ｃｍ-3である。さらにこのＩｎＧａＮ歪み低減層
２０８上にｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ下部クラッド層２１
０を形成する。ｎ型下部クラッド層２１０のシリコンの
ドーピングレベルは１×１０18ｃｍ-3で、膜厚は０．５
ミクロンである。
【００４１】ｎ型ＧａＮの導波層２１２をｎ型ＡｌＧａ
Ｎ下部クラッド層２１０上に形成する。ＧａＮ導波層２
１２の膜厚は０．１ミクロンで、シリコンのドーピング
レベルは１×１０18ｃｍ-3である。導波層２１２上にＩ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎの多重量子井戸
活性層２１４を形成する。このＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉ
ｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ多重量子井戸活性層２１４は３〜２０
の量子井戸からなり、厚さが約５０ナノメータで４１０
〜４３０ナノメータの光を放出する。活性層２１４上に
ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎのキャリア閉じ込め層２１６を形
成する。このｐ型ＡｌＧａＮキャリア閉じ込め層２１６
のマグネシウムのドーピングレベルは５×１０19ｃｍ-3
であり、膜厚は０．０２ミクロンである。ｐ型ＡｌＧａ
Ｎキャリア閉じ込め層２１６上にｐ型ＧａＮ導波層２１
８を形成する。ＧａＮ導波層２１８の膜厚は０．１ミク
ロンで、マグネシウムのドーピングレベルは５×１０19
ｃｍ-3である。導波層２１２，２１８と閉じ込め層２１
６および活性層２１４とが、レーザ構造の活性領域２１
９を形成する。
【００４２】導波層２１８上にｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ
の上部クラッド層２２０を形成する。ｐ型上部クラッド
層２２０のマグネシウムのドーピングレベルは５×１０
19ｃｍ-3であり、膜厚は０．５ミクロンである。このｐ
型上部クラッド層２２０上にｐ型ＧａＮ接触層２２２を
形成する。接触層２２２のマグネシウムのドーピングレ
ベルは５×１０19ｃｍ-3であり、膜厚は０．５ミクロン
である。
【００４３】図４に示す形状に、青色レーザ構造２００
のリッジ状導波路を製作する。
【００４４】図３に示した青色レーザ構造２００の半導
体層が全て形成された後、フォトレジストのマスクを青
色レーザ構造２００の接触層２２２の上面に形成する。
一本のストライプパターンをフォトレジストで形成し、
接触層２２２中に開口部２５０を設ける。次いで、ケミ
カルアシストイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）で
接触層２２２の非マスク領域２５０をエッチングする。
このエッチングは、接触層２２２、ｐ型上部クラッド層
２２０、ｐ型導波層２１８、ｐ型キャリア閉じ込め層２
１６、多重量子井戸形活性層２１４、ｎ型導波層２１
２、ｎ型下部クラッド層２１０、ｎ型歪み低減層２０８
を順に除去してｎ型ＧａＡｓバッファ層２０６の表面２
５２に達するまで行う。このエッチング後、フォトレジ
ストのマスクを除去する。
【００４５】次に、別のフォトレジストマスクを青色レ
ーザ構造２００中の接触層２２２の上面および露出した
ｎ型バッファ層２０６の表面２５２上に形成する。５０
ミクロン間隔の二本のストライプパターンを接触層２２
２上に形成し、ストライプ間の部分が開口窓となるよう
にする。
【００４６】次に、ケミカルアシストイオンビームエッ
チングによって接触層２２２中の非マスク領域をエッチ
ングし、マスクされた（すなわちエッチングされない）
接触層２２２からなる小形のメサ２５４が開口窓形の溝
間に残るようにする。
【００４７】ケミカルアシストイオンビームエッチング
を進行させ、メサ２５４の両側の０．５ミクロン厚さの
ｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ上部クラッド層２２０中の非マ
スク領域を時限エッチング法を用いて厚さ方向にエッチ
ングする。このエッチングは、導波層２１２、活性層２
１４、閉じこめ層２１６および導波層２１８からなる活
性領域２１９上のｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ上部クラッド
層２２０の厚さが０．３５ミクロンになるまで行う。
【００４８】エッチング終了後、フォトレジストのマス
クを除去する。
【００４９】メサ２５４の下方に残ったｐ型Ａｌ0.08Ｇ
ａ0.92Ｎ上部クラッド層２２０がリッジ状導波路２５６
となる。この導波路２５６は青色レーザ構造２００の活
性領域から放出される光の光学的閉じ込め効果をもつ。
【００５０】窒化シリコンストライプを除去した後、Ｔ
ｉ／Ａｕのｐ型金属電極２５８を、青色レーザ構造２０
０の上部閉じ込め層２２０の上面、リッジ状導波路２５
６および接触層２２２のメサ２５４上に形成する。リッ
ジ状導波路２５６はｐ型用金属電極２５８に閉じ込めら
れる。Ｔｉ／Ａｕのｎ型用電極２６０がｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層２０６の表面２５２上に形成される。
【００５１】金属電極に閉じ込められたリッジ状導波路
２５６をもつ青色レーザ構造２００はシングルモードの
横波光を放出する。
【００５２】図４に示した青色レーザ構造２００はエッ
ジ発光形のアレー構造をもつ。従来形の刻面（図示せ
ず）を青色レーザ構造２００の端部に形成する。青色レ
ーザ構造２００は、活性層２１４を含む活性領域２１９
で発生した青色波長光をレーザ構造の端部から放出す
る。
【００５３】図２に示したリッジ状導波路式赤色／赤外
並列形レーザ構造１００を、図４に示したリッジ状導波
路式青色レーザ構造２００にフリップチップ接合して、
集積形の赤色／青色／赤外レーザ構造を形成する。
【００５４】フリップチップ接合によって二つの半導体
構造が対向配置で半田付けされ、一つの半導体構造が製
作される。一般に、両方の半導体構造表面の電極パッド
上に半田バンプを形成する。一方の構造（すなわちチッ
プ）を反転させてもう一方の構造（すなわちチップ）に
対向させる。各半導体構造上の半田バンプを位置合わせ
した後、両構造を加熱しながら相互に加圧する。二つの
半田バンプが融合して一つの半田バンプになり、それに
よって二つの半導体構造は一体化して一つの集積化され
た半導体構造になる。二つのレーザ構造は融液状の半田
金属の表面張力によって引き寄せられ、整合した位置関
係に正確に収まる。
【００５５】図５に代表的な一例を示す。半田バンプ用
の二つの電極パッド３００および３０２を赤色／赤外レ
ーザ構造１００の各ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド
層１１４および１３４の表面に形成する（図５
（ａ））。電極パッド３００は、赤外レーザ構造１２０
のリッジ状導波路１５６と上部クラッド層１１４上に位
置する。電極パッド３０２は、赤色レーザ構造１４０の
リッジ状導波路１６０と上部クラッド層１３４上に位置
する。
【００５６】電極パッドの形成は一連の金属層の連続蒸
着、すなわち３０ナノメータ厚さのＴｉ層、５０ナノメ
ータ厚さのＡｕ層、３０ナノメータ厚さのＴｉ層、およ
び２００ナノメータ厚さのＮｉ層の連続成膜により行
う。電極パッド３００は、同じくｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ
上部クラッド層１１４の表面に位置した、赤外レーザ構
造１２０のリッジ状導波路１５６およびｐ型金属電極１
６４のいずれからも物理的に分離されると共に電気的に
絶縁される。電極パッド３０２は、同じくｐ型Ａｌ0.5
Ｉｎ0.5Ｐ上部クラッド層１３４の表面に位置した、赤
色レーザ構造１４０のリッジ状導波路１６０およびｐ型
金属電極１６６のいずれからも物理的に分離されると共
に電気的に絶縁される。
【００５７】プラズマ強化化学的気相成長法（ＰＥＣＶ
Ｄ）または２７５℃での電子ビーム蒸着によって、Ｓｉ
ＯＮ絶縁層３０４を電極パッド３００および３０２のほ
ぼ全面上に形成する。ＳｉＯＮ絶縁層３０４は半田除け
となると共に、電極パッド３００および３０２をｐ型金
属電極１６４および１６６からより確実に電気的に絶縁
させる。上部クラッド層に隣接した、電極パッド中のＴ
ｉ／Ａｕ層は標準のレーザ用オーミック接触性金属であ
る。電極パッドの上層のＴｉ／Ｎｉ層は、上部クラッド
層上の薄膜金属被覆と１０〜１２ミクロン厚さのＰｂ／
Ｓｎ半田バンプとの間の接触抵抗の低い界面形成と、半
田浸出防止層としての役割との若干相容れない要求を満
たす機能をもつ。さらに、Ｎｉには表面に安定な酸化物
が形成される性質があり、これによってＳｉＯＮ層の接
着能が向上する。
【００５８】この後、通常のフォトリソグラフィ法を用
いて絶縁層３０４のパターンニングを行う。フォトレジ
ストのマスク（図示せず）は、リッジ状導波路１５６，
１６０および下方のレーザストライプと位置整合された
後、ＳｉＯＮ絶縁層３０４の表面に形成される。ＳｉＯ
Ｎ絶縁層３０４の非マスク領域はプラズマエッチングさ
れて、５０〜９０μｍ径の接点孔３０６が形成される。
接点孔３０６は、絶縁膜３０４を貫通して接点パッド３
００の位置まで厚さ方向にエッチングされる。接点孔３
０８は、絶縁膜３０４を貫通して接点パッド３０２の位
置まで厚さ方向にエッチングされる。このエッチングに
よって二つのレーザ半導体構造間の最終的な位置関係が
規定されると共に、接点パッド中の濡れ性をもつ領域が
規定される。
【００５９】２０ナノメータ厚さのＳｎ層３１０が接点
孔３０６を通して接点パッド３００上に形成される。２
０ナノメータ厚さのＳｎ層３１２が接点孔３０８を通し
て接点パッド３０２上に形成される（図５（ｂ））。
【００６０】次に１０ミクロン厚さのフォトレジスト層
３１４が三つの層パターンの表面に形成される。このフ
ォトレジスト層３１４は接点孔３０６と位置整合して成
長させた逆テーパ形孔３１６、および接点孔３０８と位
置整合して成長させた逆テーパ形孔３１８をもつ（図５
（ｃ））。
【００６１】ＰｂＳｎ半田は電子ビーム蒸着装置によっ
て蒸着され、次いでリフトオフによって、接点パッド３
００上のＳｎ層３１０上に形成されたＰｂＳｎ板３２０
および接点パッド３０２上のＳｎ層３１２上に形成され
たＰｂＳｎ板３２２の形状にされる。１０μｍ厚さのＰ
ｂＳｎ板は濡れ性のある接点パッド３００，３０２より
やや径が大きい。この後フォトレジスト３１４が除去さ
れる（図５（ｄ））。
【００６２】半田板３２０および３２２がフラックスを
用いてリフロされて２２０℃の温度に加熱されることに
より、各々が濡れ性のある接点パッド領域３００および
３０２上に引き戻され、半球状の半田バンプ３２４およ
び３２６が形成される。半田バンプ３２４は接点パッド
３００のＳｎ層３１０上に位置し、半田バンプ３２６は
接点パッド３０２のＳｎ層３１２上に位置する。Ｓｎ層
のＰｂＳｎ半田との合金化が起こり、良好な電気的かつ
機械的な接続部が形成される。
【００６３】青色レーザ構造２００の接点パッドと半田
バンプも同じ方法で形成される。ＳｉＯＮ絶縁層３５４
が、青色レーザ構造２００の上部閉じ込め層２２０の上
面の、二つのＴｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｎｉ接点パッド３５０
の大半を覆う。半田バンプ３５８は接点パッド３５０の
Ｓｎ層３５６上に位置し、半田バンプ３６２は接点パッ
ド３５２のＳｎ層３６０上に位置する（図５（ｆ））。
【００６４】図および本文では一列分の半田バンプが示
されている。レーザ構造の全面には何列もの半田バンプ
が存在しており、それによって二つのレーザ構造間に良
好な機械的および電気的接続が得られている。
【００６５】接点パッド３００，３０２上に半田バンプ
３２４，３２６をもつ赤色／赤外並列形レーザ構造１０
０と、接点パッド３５０，３５２上に半田バンプ３５
８，３６２をもつ青色レーザ構造２００は通常の手段で
個片に切り出されて洗浄される。粘着性のフラックスが
それぞれのレーザ構造の半田バンプ表面に塗布される。
【００６６】図６に示すように、ＧａＡｓ系赤色／赤外
並列形レーザ構造１００がＩｎＧａＮ／サファイア系青
色レーザ構造２００の頂部に、フリップチップアライナ
ボンダを用いて±１０μｍの位置精度でフリップチップ
接合される。赤色／赤外並列形レーザ構造１００の半田
バンプ３２６，３２４がそれぞれ青色レーザ構造２００
の半田バンプ３５８，３６２に接触するようにされて、
フラックスで位置を保持される。
【００６７】このハイブリッド形式の集積化された赤色
／青色／赤外集積形レーザ構造４００が再度２２０℃の
温度に加熱される。第二のリフロの間に二つの半田バン
プ３２６，３５８は一つの半田バンプ４０２になり、二
つの半田バンプ３２４，３６２は一つの半田バンプ４０
４になる。この結果図７に示すように、別々な二つの赤
色／赤外並列形レーザ構造１００および青色レーザ構造
２００は接合されて一つの集積化されたレーザ構造４０
０が生じる。この接合工程の間に、赤色／赤外並列形レ
ーザ構造と青色レーザ構造とは、Ｐｂ／Ｓｎ半田バンプ
間に働く自己整合性の表面張力によって引っ張られ、き
わめて正確に位置決めされる。
【００６８】青色レーザのリッジ２５６は赤色レーザの
リッジ１６０と赤外レーザのリッジ１５６との中央に設
置されて、横方向の間隔が緊密になるようにされる。縦
方向の間隔はバンプ径に依存する。例えば半田バンプ半
球体の径が５０、７０および９０μｍの場合は、チップ
間隔はそれぞれ３０、４０および５０μｍである。この
ハイブリッド接合方式では青色および赤色／赤外並列形
レーザ間に非常に低い熱的クロストークしか生じないた
め、横方向の間隔は基本的に赤色レーザと赤外レーザと
の間隔で規定される。赤色レーザと赤外レーザ間の間隔
が２０μｍであれば、青色レーザと赤色レーザ（または
赤外レーザ）間の間隔は１０μｍである。縦方向の間隔
はバンプ径に依存する。例えばプリンタヘッドなどの用
途によっては、赤色／赤外並列形レーザの動作に電子制
御式の遅延をもたせることによって縦方向の間隔を事実
上ゼロにされる。間隔が密であることは高速で高解像度
のプリンタにとって好都合である。
【００６９】フリップチップ接合により本態様の非格子
整合ヘテロ構造の、ハイブリッドされた集積化されたレ
ーザ構造４００が製作される。本集積形の赤色／青色／
赤外レーザ構造４００により、精密な光学系に必要な、
精密な間隔をもつ波長範囲の広い三種のレーザ源構造が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による赤色／赤外並列形レーザ構造の
半導体層を示す断面図である。
【図２】 本発明によるリッジ状導波路式赤色／赤外並
列形レーザ構造の半導体層を示す断面図である。
【図３】 本発明による青色レーザ構造の半導体層を示
す断面図である。
【図４】 本発明によるリッジ状導波路式青色レーザ構
造の半導体層を示す断面図である。
【図５】 本発明によるフリップチップ接合が行われ
る、赤色／赤外並列形レーザ構造と青色レーザ構造の接
点パッド状の半田バンプを示す断面図である。
【図６】 本発明によるフリップチップ接合が行われる
前の、赤色／赤外並列形レーザ構造と青色レーザ構造と
の半導体層を示す断面図である。
【図７】 本発明によるフリップチップ接合で形成され
た赤色／青色／赤外積層形レーザ構造の半導体層を示す
断面図である。
【符号の説明】
１００ 赤色／赤外並列形レーザ構造、１０２ ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板、１１２，１３２，２１９ 活性領域、１２
０ 赤外レーザ構造、１４０ 赤色レーザ構造、１５
６，１６０，２５２ リッジ状導波路、２００ 青色レ
ーザ構造、２０２サファイア基板、３２４，３２６，３
５８，３６２ 半田バンプ、４００ 赤色／青色／赤外
集積形レーザ構造。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラレンス ジェイ ダンロヴィッツ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン タ クルズ エンパイア グレード ロー ド 8901 (72)発明者 デカイ サン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サニ ーベール ノーサンバーランド ドライブ 1127 (72)発明者 ロス ディ ブリンガンス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 クッ パーチノ ランフォード ドライブ 21345 (72)発明者 ミカエル エイ ネイスル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サニ ーベール クレセント アベニュー 455 アパートメント 28

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積化されたエッジ発光半導体レーザ構
    造において、 第一のレーザ構造であって、 第一の基板と、 前記第一の基板上に形成された第一の複数の半導体層
    と、 第一の活性領域を形成する前記第一の複数の半導体層中
    の一つ以上の層と、 前記第一の複数の半導体層中の一層上に設けられた第一
    の接合手段と、を有する第一のレーザ構造と、 第二のレーザ構造であって、 第二の基板と、 前記第二の基板上に形成された第二の複数の半導体層
    と、 第二の活性領域を形成する前記第二の複数の半導体層中
    の一つ以上の層と、 前記第二の複数の半導体層中の一層上に設けられた第二
    の接合手段であって、前記第一の接合手段の少なくとも
    一つに接合される第二の接合手段と、 前記第二の基板上に形成された第三の複数の半導体層
    と、 第三の活性領域を形成する前記第三の複数の半導体層中
    の一つ以上の層と、 前記第三の複数の半導体層中の一層上に設けられた第三
    の接合手段であって、前記第一の接合手段の少なくとも
    一つに接合される第三の接合手段と、を有する第二のレ
    ーザ構造と、 第一の波長の光を放出させるために前記第一の活性領域
    にバイアス電圧を印加することができる第一および第二
    の接点と、 第二の波長の光を放出させるために前記第二の活性領域
    にバイアス電圧を印加することができる第三および第四
    の接点と、 第三の波長の光を放出させるために前記第三の活性領域
    にバイアス電圧を印加することができる第五および第六
    の接点と、を含むことを特徴とする集積化されたエッジ
    発光半導体レーザ構造。
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