特許 7436607 半導体レーザ及び半導体レーザの平坦化のためのプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】半導体レーザ及び半導体レーザの平坦化のためのプロセス

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/223 20060101AFI20240214BHJP

   H01S 5/028 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

H01S5/223

H01S5/028

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022177035

(22)【出願日】2022-11-04

(62)【分割の表示】P 2018561061の分割

【原出願日】2017-05-19

(65)【公開番号】P2023014105

(43)【公開日】2023-01-26

【審査請求日】2022-12-02

(31)【優先権主張番号】62/339,581

(32)【優先日】2016-05-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516132747

【氏名又は名称】メイコム テクノロジー ソリューションズ ホールディングス インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(72)【発明者】

【氏名】ダウ アリ バダール アラミン

(72)【発明者】

【氏名】バウカー ジェイソン ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】グリーン マルコム アール

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０１９６９１７９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３４０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０９３１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０７５４２４９７（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特開平０７－２６３７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１９１３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５２２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５２３７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３３５５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２０９６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２３４５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５２２９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５１１９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０８７８７４１９（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】米国特許第０４８１３０５２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０５２９１５７４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上の活性領域と、
前記活性領域上の半導体材料層と、
材料と、を含み、
前記半導体材料層は、ダブテール導波路を有し、
前記ダブテール導波路は、前記ダブテール導波路の一方側の前記半導体材料層の第１の上面、第１の側面及び第１の下面と、前記ダブテール導波路の他方側の前記半導体材料層の第２の上面、第２の側面及び第２の下面との間に位置し、
前記第１の側面は、前記ダブテール導波路の一方側の前記半導体材料層の前記第１の上面と前記第１の下面との間に延び、
前記第２の側面は、前記ダブテール導波路の他方側の前記半導体材料層の前記第２の上面と前記第２の下面との間に延び、
前記ダブテール導波路は、前記第１の下面と接続される第１の導波路側面、前記第２の下面と接続される第２の導波路側面、及び前記第１の導波路側面と前記第２の導波路側面との間に延びる導波路中央上面を有し、
前記第１の導波路側面と前記第１の下面との間における前記ダブテール導波路の第１の外角が鋭角であり、前記第２の導波路側面と前記第２の下面との間における前記ダブテール導波路の第２の外角が鋭角であり、
前記材料は、前記ダブテール導波路の一方側の前記導波路中央上面、前記第１の導波路側面、前記第１の下面、前記第１の側面及び前記第１の上面の上にあり、且つ、前記ダブテール導波路の一方側の前記導波路中央上面、前記第１の導波路側面、前記第１の下面、前記第１の側面及び前記第１の上面の間に延び、
前記材料は、前記ダブテール導波路の他方側の前記導波路中央上面、前記第２の導波路側面、前記第２の下面、前記第２の側面及び前記第２の上面の上にあり、且つ、前記ダブテール導波路の他方側の前記導波路中央上面、前記第２の導波路側面、前記第２の下面、前記第２の側面及び前記第２の上面の間に延び、
前記導波路中央上面の前記材料に開口を備え、前記材料は、前記第１の外角及び前記第２の外角を平坦化し、前記材料は、ＭｇＯ又はＭｇＦ₂のうちの１つの絶縁層を含む、
ことを特徴とする、レーザ構造体。

【請求項2】

前記絶縁層は、５０ＧＨｚまでの周波数範囲において１０より低い誘電率を有することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ構造体。

【請求項3】

前記絶縁層は、非伝導性であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ構造体。

【請求項4】

前記レーザ構造体は、前記半導体材料層の前記上面上に配置された第１の接点と、前記基板上に配置された第２の接点と、をさらに含み、
前記第１の接点は、電流を前記レーザ構造体に供給することによって、前記レーザ構造体にバイアスをかけるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ構造体。

【請求項5】

少なくとも１つのファセットをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のレーザ構造体。

【請求項6】

前記少なくとも１つのファセットは、前記活性領域上に形成されることを特徴とする、請求項５に記載のレーザ構造体。

【請求項7】

前記絶縁層は、ＭｇＯを含むことを特徴とする、請求項１に記載のレーザ構造体。

【請求項8】

前記絶縁層は、１０から１の範囲の誘電率を有することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ構造。

【請求項9】

前記絶縁層は、電子ビーム蒸発によって蒸着されることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ構造体。

【請求項10】

前記絶縁層上の金属層であって、前記絶縁層上と導波路中央上面の開口上にほぼ垂直入射で堆積する金属層と、
前記半導体材料層の前記導波路中央上面に電気伝導性のために前記金属層に取り付けられたボンディング・パッドと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のレーザ構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般的に、半導体に関し、より特定的には、半導体レーザ及び半導体レーザの平坦化のためのプロセスに関する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年５月２０日に出願された米国仮特許出願番号第６２／３３９，５８１号の優先権を主張し、その内容の全体を引用により本明細書に組み入れる。

【背景技術】

【0002】

半導体レーザは、典型的に、半導体基板表面上への有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）又は分子線ビームエピタキシ（ＭＢＥ）成長を用いて、ウェハ上に、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、及び三元又は四元半導体材料などの複数の半導体材料の層をエピタキシャルに堆積させることによって、ウェハ上に実現される。その後、複数の半導体製造ステップがウェハに適用され、ファセット及び金属電気接点を有するデバイス活性領域を含むレーザ光学キャビティを実現する。典型的に、半導体材料をへき開又はエッチングすることによって、ファセットが形成される。電位の印加により、電流がデバイスの活性領域を通って流れることが可能になり、それによりファセットから光子が放出される。

【0003】

半導体レーザダイオードの動作中、デバイスの活性領域内で大量の熱が発生する。一般に、活性領域が低温であるとき、レーザダイオードの性能はより良好である。大部分のレーザダイオードは、活性側を上に（ａｃｔｉｖｅ－ｓｉｄｅ－ｕｐ）マウントされ、基板がＡｌＮサブマウントのような熱伝導性材料と接触している。代替的に、適切な設計を有するレーザダイオードを、活性側を下に（ａｃｔｉｖｅ－ｓｉｄｅ－ｄｏｗｎ）マウントし、活性領域とサブマウントとの間の熱経路を低減させることもできる。

【0004】

レーザは、光通信システムにおいて大きな役割を果たす。伝送速度の一部は、毎秒２５Ｇｂｉｔであるか又はこれを上回り、レーザは、典型的には、５０℃より高い温度で動作することが必要とされる。典型的に、活性領域がより高温であると、半導体レーザの高速性能はより悪化する。従って、特に高温で高速動作を達成する際に、活性領域からの熱拡散及び熱除去は、重大な課題のままである。

【0005】

高周波数動作において、レーザ容量が、半導体レーザから得ることができる性能に影響を与え得る。従って、好適なレーザの性能を可能にするために、高周波数におけるレーザと関連した容量の低減が必要である場合がある。

【0006】

埋め込み－ヘテロ構造（ＢＨ）手法を、レーザの活性領域から熱を拡散して逃がすために用いることができる。こうした手法は、一般的に、活性領域を通ってエッチングし、ＭＯＣＶＤ又はＭＢＥのいずれかを用いてＩｎＰのような高熱伝導性薄膜を再成長させ、活性領域からデバイス金属層までの良好な熱流路を生成することを要する。しかしながら、この手法には、幾つかの不利な点がある。最も高性能のレーザ活性領域は、Ａｌを組み込む。Ａｌコンテンツを有する活性領域を通ってエッチングすることにより、活性層の側壁上に酸化アルミニウム（ＡｌＯ₂）が形成される。酸化アルミニウムは、ＢＨレーザの形成に必要とされる再成長の前に除去するのが困難である。酸化アルミニウムの存在は、再成長プロセスの際、デバイス性能を低下させることがあり、後の層の欠陥をもたらし得る。さらに、後の再成長のコストを増加させる。以下の発行物は、こうした課題に対処するための種々の手法を強調する（非特許文献１及び非特許文献２）。

【0007】

上記を鑑みて、高価なＢＨ技術に依存しない高性能のレーザに対する必要性があり得ることを理解することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【文献】Ｔａｋｉｎｏ他、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｒｅｇｒｏｗｔｈ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ＡｌＧａＩｎＡｓｓｕｒａｓｓｈｕＩｎＰ－Ｂｕｒｉｅｄ－Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａｓｅｒｓ ｂｙ Ｉｎ－Ｓｉｔｕ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｌｅａｎｉｎｇ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌｕｍｅ ４８、Ｎｕｍｂｅｒ ８、９７１～９７９ページ、２０１２年８月

【文献】Ｐａｎ他、「Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ １．３ μｍ Ａ１ＧａＩｎＡｓ－ＩｎＰ ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｑｕａｎｔｕｍ－ｗｈｅｌｌ ｌａｓｅｒｓ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌｕｍｅ ３２、Ｎｕｍｂｅｒ １２、２１３３～２１３８ページ、１９９６年１２月

【発明の概要】

【0009】

幾つかの実施形態において、レーザ構造体は、基板と、基板上に配置された活性領域と、活性領域上に配置された導波路とを含む。導波路は、活性領域に対して第１の角度を形成するように接合する第１の表面及び第２の表面を含む。レーザ構造体は、導波路の第１の表面及び第２の表面上に堆積される材料をさらに含むことができる。

【0010】

幾つかの実施形態において、第１の角度は、９０度より小さくすることができる。

【0011】

幾つかの実施形態において、導波路は、活性領域に対して第２の角度を形成するように接合する第３の表面及び第４の表面をさらに含むことができる。材料は、第３の表面及び第４の表面上に堆積させることができる。

【0012】

幾つかの実施形態において、第２の角度は、９０度より小さくすることができる。

【0013】

幾つかの実施形態において、材料は、ＭｇＯ、ＭｇＦ₂、ＳｉＯ₂、又はＳｉ₃Ｎ₄のうちの一つとすることができる。

【0014】

幾つかの実施形態において、材料は、５０ＧＨｚまでの周波数範囲において１０より低い誘電率を有することができる。

【0015】

幾つかの実施形態において、材料は、非伝導性であることができる。

【0016】

幾つかの実施形態において、導波路は、第１の表面と第３の表面との間に配置された第５の表面を含み、レーザ構造体は、第５の表面上に配置された第１の接点と、基板上に配置された第２の接点とをさらに含むことができる。第１の接点は、電流をレーザ構造体に供給することによって、レーザ構造体にバイアスをかけるように構成することができる。

【0017】

幾つかの実施形態において、レーザ構造体は、少なくとも１つのファセットをさらに含むことができる。

【0018】

幾つかの実施形態において、少なくとも１つのファセットは、活性領域内に形成することができる。

【0019】

幾つかの実施形態において、レーザ構造体は、基板と、基板上に配置された活性領域と、活性領域上に配置された導波路とを含むことができる。導波路は、第１のリッジ及び第２のリッジを含むことができる。第１のリッジは第１の空隙を形成することができ、第２のリッジは第２の空隙を形成することができる。レーザ構造体は、第１及び第２の空隙にわたるブリッジとして配置された金属層をさらに含むことができる。

【0020】

幾つかの実施形態において、第１のリッジは、活性領域に対して９０度より小さい第１の角度を形成し、第２のリッジは、活性領域に対して９０度より小さい第２の角度を形成することができる。

【0021】

幾つかの実施形態において、第１の接点は、導波路の表面上に配置することができ、第１の接点は、電流をレーザ構造体に供給することによって、レーザ構造体にバイアスをかけるように構成することができる。

【0022】

幾つかの実施形態において、レーザ構造体は、少なくとも１つのファセットをさらに含むことができる。

【0023】

幾つかの実施形態において、少なくとも１つのファセットは、活性領域内に形成することができる。

【0024】

幾つかの実施形態において、レーザ構造体を製造する方法が、基板上に活性領域を配置するステップと、活性領域上に導波路を配置するステップとを含むことができる。導波路は、第１のリッジ及び第２のリッジを含むことができる。方法は、ポリマーが第１のリッジ及び第２のリッジの下に被覆するように、導波路上にポリマーを堆積させるステップと、ポリマー上に少なくとも１つのレジスト層を堆積させるステップと、少なくとも１つのレジスト層上に金属層を堆積させるステップと、堆積されたポリマー及び堆積された少なくとも１つのレジスト層を除去するステップとをさらに含むことができる。

【0025】

幾つかの実施形態において、第１のリッジは、活性領域に対して９０度より小さい第１の角度を形成することができ、第２のリッジは、活性領域に対して９０度より小さい第２の角度を形成することができる。

【0026】

幾つかの実施形態において、方法は、導波路の表面上に第１の接点を配置するステップをさらに含むことができる。第１の接点は、電流をレーザ構造体に供給することによって、レーザ構造体にバイアスをかけるように構成することができる。

【0027】

幾つかの実施形態において、方法は、活性領域内に少なくとも１つのファセットを形成するステップをさらに含むことができる。

【0028】

幾つかの実施形態において、少なくとも１つのファセットは、エッチングによって形成することができる。

【0029】

電子ビーム蒸着のためのフィクスチャ（ｆｉｘｔｕｒｅ）は、レーザ構造体を支持するように構成されたウェハ・プレートと、蒸着温度で熱を放出するように構成された統合されたヒータとを含むことができる。統合されたヒータにより放出される熱は調整可能であり、フィクスチャの角度は調整可能である。

【0030】

幾つかの実施形態において、ウェハ・プレートは、レーザ構造体を蒸発物に対して配向するようにさらに構成することができる。

【0031】

幾つかの実施形態において、レーザ構造体の配向により、レーザ構造体の少なくとも１つのリッジが蒸発物にさらされ得る。

【0032】

幾つかの実施形態において、レーザ構造体の配向は、レーザ構造体の少なくとも１つのリッジの角度に基づいて変化し得る。

【0033】

ここで、添付図面に示されるように、特定の実施形態を参照して本開示をより詳細に説明する。本開示は、特定の実施形態を参照して以下に説明されるが、本開示はそれに限定されないことを理解されたい。本明細書での教示を利用できる当業者であれば、付加的な実施、修正及び実施形態、並びに本明細書に記載されるような本開示の範囲内であり、かつ本開示がそれに関連して著しい有用性を有し得る他の使用分野を認識するであろう。

【0034】

本開示のより完全な理解を容易にするために、ここで、同様の番号により同様の要素が参照される添付図面を参照する。これらの図面は、本開示の限定として解釈すべきでなく、単に例証であることが意図される。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本開示の実施形態による、半導体レーザの断面を示す。

【図2】本開示の実施形態による、別の半導体レーザの断面を示す。

【図3】本開示の実施形態による、別の半導体レーザの断面を示す。

【図4】本開示の実施形態による、別の半導体レーザの断面を示す。

【図5】本開示の実施形態による、半導体構造体を支持するように構成された調整可能なフィクスチャの上面図を示す。

【図6A】本開示の実施形態による、調整可能なフィクスチャを示す。

【図6B】本開示の実施形態による、調整可能なフィクスチャを示す。

【発明を実施するための形態】

【0036】

本開示及び関連する利点が、以下の説明、及び必ずしも縮尺通りで描かれていない添付図面において説明され、強調される。本開示を必要以上に分かりにくくいないように、構造及び処理技術の詳細な説明は省略される。

【0037】

図１は、半導体レーザ１００の断面を示す。レーザ１００は、少なくとも１つの電気接点を有するダブテール・リッジ導波路レーザ構造体である。レーザ１００は、底部層１０２を含むことができる。底部層１０２は、金属層とすることができ、層１０４に隣接する電気接点層を提供することができる。層１０４は、Ｎ型半導体とすることができ、層１０２と活性領域１０６との間に配置することができる。例えば、層１０４は、ＩｎＰ基板とすることができる。活性領域１０６は、レーザ１００からの光子の放出を提供することができる。層１０８は、活性領域１０６に隣接して配置することができる。層１０８は、Ｐ型半導体とすることができる。層１０８は、ダブテール・リッジ導波路（ＲＷＧ）１１６を含むことができる。層１１０は、層１０８に隣接して配置することができる。層１１０は、絶縁層とすることができる。例えば、層１１０は、層１０８の露出面を覆うように、層１０８上に堆積されたＳｉＯ₂の絶縁層とすることができる。ダブテールＲＷＧ１１６の上部には、層１１０内の開口部１１８を形成することができる。層１１０の上及びダブテールＲＷＧ１１６上の層１１０内の開口部の上に、上部金属層１１２を堆積させることができる。従って、上部金属層１１２は、ダブテールＲＷＧ１１６上の層１１０内の開口部を介してｐ側のデバイスをバイアスするための電気接点層を提供することができる。ボンディング・パッド１１４は、上部金属層１１２に取り付けることができる。化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）を用いて、図１に示されるレーザ１００のＸ軸及びＹ軸により定められるレーザ１００の面上にエッチングされたファセットを形成することができる。ファセットは、活性層１０６内にエッチングすることができる。へき開を用いて、エッチングされたファセットを形成することもできる。

【0038】

レーザ１００は、高度のトポロジーを提供することができる。しかしながら、レーザ１００は、低減したｐ側金属被覆率及び低減した活性領域１０６からの熱伝導経路を含み得る。ダブテールＲＷＧ１１６は、他のリッジ幅と比べて狭いリッジ幅を形成することができる。ダブテールＲＷＧ１１６のリッジ幅は、光を閉じ込めるように構成することができるが、ｐ側金属接点のためのより広い面積が接点抵抗を減らすのを可能にするように構成することもできる。

【0039】

ダブテールＲＷＧ１１６は、層１０８の一部として形成することができる。ＲＷＧ１１６は、上面及び２つの側面を有することができる。各側面は、活性領域１０６に対して層１０８の別の面とある角度を形成して、ＲＷＧ１１６のリッジを形成することができる。各角度は、９０°より小さくすることができる。

【0040】

図２は、半導体レーザ２００の断面を示す。レーザ２００は、これが活性領域１０６、並びに層１０２、１０４、１０８及び１１０を同様に含むので、図１のレーザ１００に類似している。レーザ２００もまた、ダブテールＲＷＧ１１６及び開口部１１８を含む。しかしながら、レーザ２００は、活性領域からの熱伝導経路を著しく改善するために、容量低減及び平坦化のために層１１０に隣接して配置されたポリマー２０２をさらに含む。ポリマー２０２は、感光性ポリマーとすることができる。レーザ２００は付加的に、層２０４も含む。層２０４は、層１１２と類似した金属層とすることができる。半導体レーザ２００は、優れた平坦化及び著しい容量低減、並びに著しい熱伝導性の改善を提供することができる。しかしながら、金属化アニール及びはんだ付けのような熱処理後、レーザ２００は、閾値電流、レーザ波長、及び／又はサイド・モード抑圧比（ｓｉｄｅ ｍｏｄｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ）の変化を示すことがある。これらの性能の変化により、ポリマー２０２の使用が抑制される。

【0041】

図３は、半導体レーザ３００の断面を示す。レーザ３００は、これが活性領域１０６、並びに層１０２、１０４、及び１０８を含むという点で、レーザ１００及び２００に類似している。レーザ３００はまた、ダブテールＲＷＧ１１６及び開口部１１８も含む。しかしながら、レーザ３００は、材料３０２及び金属層３０４をさらに含む。レーザ３００は、開口部１１８が残るように、層１０８及びダブテールＲＷＧ１１６上に材料３０２の堆積のためのリフトオフ・プロセスを用いて平坦化することができる。材料３０２は、ＭｇＯ、ＭｇＦ₂、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、及び／又は、例えば、５０ＧＨｚまでの周波数範囲、又は１０～５０ＧＨｚの周波数範囲における低い相対誘電率（例えば、１０より低い）を有する他の非導電性材料から形成することができる。誘電率は、容量低減のために１０未満とすることができ、１により近くてもよい。

【0042】

上述のような平坦化を用いることで、材料３０２を用いる半導体レーザ活性領域の冷却を提供することができる。材料３０２をレーザ３００の上に蒸着させ、レーザ３００上に蒸着された薄膜を形成することができる。蒸着は、半導体、絶縁体、及び／又は金属などの種々の表面への接着をもたらすことができ、ダブテール・リッジのような、こうした表面により形成される種々のトポロジー及び形状への接着をさらにもたらすことができる。蒸着はさらに、ターゲット化した堆積を可能にすることができる。金属３０４は、上述した層２０４と類似し得る。

【0043】

ＭｇＯは、平坦化のために用いることができる低い相対誘電材料３０２の説明に役立つ実例として用いることができる。ＭｇＯは、蒸着を用いて種々の表面及びトポグラフィに接着し得る。例えば、パターン化されたレーザ３００の加熱された基板（例えば、層１０８のような）へのＭｇＯの電子ビーム蒸着は、堆積が、ターゲット領域において生じるのを可能にする。ＭｇＯは、レーザ３００の活性領域１０６からの熱伝導を可能にし得る４３Ｗ／ｍＫの熱伝導性を有する。

【0044】

さらに、ＭｇＯを用いてレーザ３００の表面を平坦化し、改善された特性をもつより複雑でない金属化技術を可能にすることもできる。例えば、現在の感光性平坦化ポリマーは、不十分な熱伝導率を有し得る。レーザ３００の低い電気抵抗（及び広い接触面積）に対してダブテール・リッジを、並びにレーザ３００上のＭｇＯの電子ビーム又は熱蒸着を用いることは、ローバストな低コスト製造プロセスを可能にする。説明される平坦化は、他の半導体デバイスにも適用され得る半導体レーザデバイスの温度を低下させる際に耐久性のある技術を提供することができる。

【0045】

ＭｇＯはまた、レーザ波長において低減した吸収を有し得るので、半導体レーザ構造に適した複雑な屈折率を含むこともできる。ここで、屈折率の虚数成分は非常に低く、屈折率の実成分は、レーザ３００のための適切な導波を可能にするのに適切であり得る。

【0046】

本開示の平坦化の１つの重要な利点は、これが半導体レーザの活性領域（活性領域１０６のような）から熱を放散するための経路を改善できるという点である。熱は、抵抗加熱又はジュール加熱により、ダブテールＲＷＧ（例えば、ＲＷＧ１１６）において生成され、同じく熱は、活性領域においても生成され得る。この熱を、基板（例えば、ＩｎＰから作成することができる）を通り、誘電体（例えば、ＭｇＯ）を横方向に通り、又はＲＷＧの上部の金属接点を通って、レーザから奪うことができる。

【0047】

図１は、金属層１１２が、ＲＷＧ１１６の両側に巻き付けられるように堆積された構造体を示す。側壁は、通常、金属堆積源に面することはないので、金属の堆積は、プラネタリ又はロッキング・フィクスチャにおいてさえ、ＲＷＧ１１６のリッジ側壁上の金属層１１２の薄い層をもたらし得る。金属層１１２の薄い層は、ＲＷＧ１１６の上部から図１のボンディング・パッド１１４への制限された熱経路を提示し得る。図３は、ＲＷＧ１１６の両側へのリッジ領域が誘電体（例えば、材料３０２）で充填されている構造体を示す。これは構造体を平坦化し、金属３０４をほぼ垂直入射で堆積することを可能にする。金属３０４は、ボンディング・パッド領域に達するように熱エネルギーのための良好な経路を提供することができる厚い平坦な層として堆積され得る。構造体を平坦化するために、エア・ブリッジも使用され、エア・ブリッジは、図４と関連して説明される。

【0048】

図４は、半導体レーザ４００の断面を示す。半導体レーザ４００は、これが活性領域１０６、並びに層１０２、１０４、及び１０８を含むという点で、レーザ３００に類似している。レーザ４００はまた、ダブテールＲＷＧ１１６、開口部１１８、層１１０、及び金属３０４も含む。しかしながら、レーザ４００は、空隙４０２も含む。金属３０４は、空隙４０２にわたる金属のエア・ブリッジとして働き、ボンディング・パッドをレーザ４００の上部に接続するように構成される。レーザ４００は、空隙４０２を形成するように、ダブテールＲＷＧ１１６の両側からポリマー（例えば、ポリマー２０２から形成された）を除去することによって形成される。例えば、ポリマーは、金属３０４が構造体上に堆積された後、溶剤を用いて除去することができる。以下のように、ポリマーの一部又は全てを除去することができる。

【0049】

レジストの第２の層を構造体の上に平坦化し、これがダブテールＲＷＧ１１６の両側を充填するようにパターン形成することができる。次に、レジストの第１の層は、例えば、これが現像液中では溶解しないが、アセトン及び他のレジスト剥離剤中では依然として溶解できるように硬化させることができる。次に、レジストの第２の層を第１の層の上にパターン形成し、リフトオフ構造体を形成することができる。構造体上への金属３０４の金属蒸着後、レジストの層を除去し、ポリマーを除去し、層１１０と金属３０４との間に空隙４０２を残すことができる。この設計は、不安定なレーザ操作を減らし、熱伝導のためのより厚い平坦化された金属膜を提供することができる。

【0050】

図５は、調整可能なフィクスチャ５０２の上面図を示す。半導体レーザは、ウェハ・プレートを介してフィクスチャ５０２に取り付けることができ、蒸着を行って、レーザを半導体レーザ３００に変える。レーザがフィクスチャ５０２に取り付けられると、フィクスチャ５０２は、レーザのダブテールＲＷＧ１１６の右側及び左側、並びにダブテールＲＷＧ１１６の下側への材料３０２（例えば、ＭｇＯなど）の電子ビーム蒸着を行うことができるように位置決めされ得る。図５に示されるように、フィクスチャ５０２は、ダブテールＲＷＧ１１６の右側リッジへの蒸着のために用いることができ、時間Ｔ１におけるこうした蒸着をもたらすことができる。フィクスチャ５０２は、再位置決めすることができ、それにより、レーザが再位置決めされ、時間Ｔ２におけるレーザのダブテールＲＷＧ１１６の左側リッジへの蒸着のために用いられる。これにより、レーザ３００を形成することができる。

【0051】

フィクスチャ５０２は、改善された蒸着薄膜特性のための蒸着温度を調整することができる統合されたヒータを含むことができる。フィクスチャ５０２により提供される設定の柔軟さにより、広範囲の角度の付けられたダブテール構造体の収容が可能になる。図６Ａ及び図６Ｂは、フィクスチャ５０２の異なる構成を示す。図６Ａは、ヒータ６０２を有するフィクスチャ５０２を示す。フィクスチャ５０２は、ウェハ６０４を支持し、そこへの蒸発物流６０６によって、材料３０２などの材料の蒸着のために、ウェハ６０４を適所に保持する。ウェハ６０４は、いずれの種類の半導体デバイスとしてもよい。上述のように、材料３０２の蒸発物流６０６がウェハ６０４に指向されたとき、蒸着温度を調整するために、ヒータ６０２を使用することができる。蒸発物流６０６をウェハ６０４の異なる領域に適用できるように、フィクスチャ５０２を異なる角度に調整することができる。さらに、蒸発物流６０６がウェハ６０４に適用される速度は調整可能であり得る。

【0052】

図６Ｂは、レーザ６０８を支持するように構成されたフィクスチャ５０２を示す。ヒータ６０２は、図６Ｂには示されないが、フィクスチャ５０２内に統合することができる。代替的に、ヒータ６０２は、図６Ａに示されるような外部ユニットとすることができる。レーザ６０８は、材料３０２がその上に蒸着される点を除いて、レーザ３００と同じ素子を含む。蒸発物流６０６によって、材料３０２をレーザ６０８の上に蒸着させて、レーザ３００を形成することができる。例えば、レーザ６０８及びダブテールＲＷＧ１１６が蒸発物流６０６に向けて配向されるように、フィクスチャ５０２の角度を付けることができる。従って、蒸発物流６０６は、レーザ６０８の上及びＲＷＧ１１６の表面上に蒸着させることができる。上述のように、材料３０２は、ＭｇＯとすることができる。従って、ＭｇＯは、蒸発物流６０６を介してレーザ６０８の上に堆積させることができる。図６Ｂに示されるように、フィクスチャ５０２は、４５°の角度で位置決めすることができる。しかしながら、フィクスチャ５０２は、これが０°から３６０°までの範囲の角度を形成するように調整することができる。また、例えば、ヒータ６０２は、周囲温度から３００℃まで変化し得る。例えば、蒸着中の温度は、１０５℃とすることができる。蒸着中の基板温度の変化は、レーザ６０８上の蒸着膜の密度、及びレーザ６０８の光学／熱特性に影響を与えることがある。従って、フィクスチャ５０２は、低い基板温度での電子ビーム蒸着による蒸着、並びに蒸着角度及びウェハ温度の制御を提供し、これにより、レーザ６０８のようなデバイスの平坦化が提供される。

【0053】

フィクスチャ５０２を用いて、電子ビーム蒸着又はスパッタリング技術のような両立性があり低コストの技術を用いる、ダブテールＲＷＧリッジ側壁上への高熱伝導性材料の成長を実施することができる。従って、調整可能な半導体デバイスを製造することができる。

【0054】

材料３０２を用いる平坦化を実施することができ、ここで、材料３０２は、ＭｇＯ、ＭｇＦ₂、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、及び／又は他の誘電体とすることができる。ＳｉＯ₂と比べて、ＭｇＯ及びＭｇＦ₂を用いて、熱伝導性をわずかに改善することができる。こうした平坦化された構造は、著しい容量減少及び活性領域からの改善された熱伝導経路を示し得る。ポリマーの場合とは異なり、メタライゼーション・アニール及びはんだ付けのような著しい熱処理の後、デバイス特性は安定したままであり得る。また、ダブテール・リッジの機械的強度を改善することもできる。

【0055】

本開示は、本明細書で説明される特定の実施形態に範囲が制限されるものではない。事実上、当業者には、上記の説明及び添付図面から、本明細書で説明されるものに加えて、本開示の他の種々の実施形態及び本開示に対する修正が明らかであろう。従って、そうした他の実施形態及び修正は、本開示の範囲内に入るように意図される。さらに、本開示は、少なくとも１つの特定の目的のために少なくとも１つの特定の環境における少なくとも特定の実施の文脈で本明細書で説明されているが、当業者であれば、その有用性はこれに限定されないこと、及び本開示は、如何なる数の目的のための如何なる数の環境においても有利に実施できることを認識するであろう。
本発明のその他の実施態様を以下に記載する。
〔実施態様１〕
基板と、
前記基板上に配置された活性領域と、
前記活性領域上に配置され、第１の上面及び２つの第１の側面を含む導波路であって、前記第１の上面は前記２つの第１の側面のうちの一つに接合し、導波路において鋭角を形成する、導波路と、
前記導波路の前記２つの第１の側面上に堆積された第１の材料と、
を含むことを特徴とする、レーザ構造体。
〔実施態様２〕
前記第１の上面は、前記２つの第１の側面の両方に接合し、前記導波路において２つの鋭角を形成することを特徴とする、実施態様１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様３〕
前記導波路は、前記活性領域上の第２の材料の第１の部分で形成され、
前記第２の材料の第２の部分は、それぞれ前記導波路の前記２つの第１の側面に隣接する２つの第２の上面を含み、
前記２つの第２の上面のうちの一つは、前記２つの第１の側面のそれぞれのうちの一つに接合し、前記導波路において鋭角を形成し、
前記第１の材料は、前記２つの第２の上面上に堆積されることを特徴とする、実施態様１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様４〕
前記第２の上面の両方は、前記２つの第１の側面の両方に接合し、前記導波路において２つの鋭角を形成することを特徴とする、実施態様３に記載のレーザ構造体。
〔実施態様５〕
前記第１の材料は、ＭｇＯ、ＭｇＦ ₂ 、ＳｉＯ ₂ 、又はＳｉ ₃ Ｎ ₄ のうちの一つであることを特徴とする、実施態様１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様６〕
前記第１の材料は、５０ＧＨｚまでの周波数範囲において１０より低い誘電率を有することを特徴とする、実施態様１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様７〕
前記第１の材料は、非伝導性であることを特徴とする、実施態様１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様８〕
前記第２の材料の第３の部分は、第３の上面及び第２の側面を含み、
前記第３の上面は前記第２の側面に接合し、
前記第２の側面は前記２つの第２の上面のうちの一つに接合し、
前記レーザ構造体は、
前記第３の上面上に配置された第１の接点と、
前記基板上に配置された第２の接点と、
をさらに含み、
前記第１の接点は、電流を前記レーザ構造体に供給することによって、前記レーザ構造体にバイアスをかけるように構成されることを特徴とする、実施態様１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様９〕
少なくとも１つのファセットをさらに含むことを特徴とする、実施態様１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様１０〕
前記少なくとも１つのファセットは、前記活性領域上に形成されることを特徴とする、実施態様９に記載のレーザ構造体。
〔実施態様１１〕
基板と、
前記基板上に配置された活性領域と、
前記活性領域上に配置され、第１の上面及び２つの第１の側面を含む導波路であって、前記第１の上面は前記２つの第１の側面に接合し、前記導波路において２つの鋭角を形成する、導波路と、
前記２つの第１の側面に隣接して形成される空隙と、
前記空隙にわたるブリッジとして配置された金属層と、
を含むことを特徴とする、レーザ構造体。
〔実施態様１２〕
前記導波路は、前記活性領域上の材料の第１の部分で形成され、
前記材料の第２の部分は、それぞれ前記導波路の前記２つの第１の側面に隣接する２つの第２の上面を含み、
前記第２の上面の両方とも前記２つの第１の側面の両方に接合し、前記導波路において２つの鋭角を形成することを特徴とする、実施態様１１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様１３〕
前記金属層上に配置された第１の接点をさらに含み、
前記第１の接点は、電流を前記レーザ構造体に供給することによって、前記レーザ構造体にバイアスをかけるように構成されることを特徴とする、実施態様１１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様１４〕
少なくとも１つのファセットをさらに含むことを特徴とする、実施態様１１に記載のレーザ構造体。
〔実施態様１５〕
前記少なくとも１つのファセットは、前記活性領域上に形成されることを特徴とする、実施態様１４に記載のレーザ構造体。
〔実施態様１６〕
レーザ構造体を製造する方法であって、
基板上に活性領域を配置するステップと、
前記活性領域上に、第１の上面及び２つの第１の側面を含む導波路を配置するステップであって、前記第１の上面は前記２つの第１の側面に接合し、前記導波路において２つの鋭角を形成する、ステップと、
少なくとも前記２つの第１の側面上にポリマーを堆積させるステップと、
前記ポリマー上に少なくとも１つのレジスト層を堆積させるステップと、
前記少なくとも１つのレジスト層上に金属層を堆積させるステップと、
前記堆積されたポリマー及び前記堆積された少なくとも１つのレジスト層を除去するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
〔実施態様１７〕
前記導波路は、前記活性領域上の材料の第１の部分で形成され、
前記材料の第２の部分は、それぞれ前記導波路の前記２つの第１の側面に隣接する２つの第２の上面を含み、
前記第２の上面の両方とも前記２つの第１の側面の両方に接合し、前記導波路において２つの鋭角を形成することを特徴とする、実施態様１６に記載の方法。
〔実施態様１８〕
前記金属層上に第１の接点を配置するステップをさらに含み、
前記第１の接点は、電流を前記レーザ構造体に供給することによって、前記レーザ構造体にバイアスをかけるように構成されることを特徴とする、実施態様１６に記載の方法。
〔実施態様１９〕
前記活性領域上に少なくとも１つのファセットを形成するステップをさらに含むことを特徴とする、実施態様１６に記載の方法。
〔実施態様２０〕
前記少なくとも１つのファセットは、エッチングによって形成されることを特徴とする、実施態様１９に記載の方法。
〔実施態様２１〕
電子ビーム蒸着のためのフィクスチャであって、
レーザ構造体を支持するように構成されたウェハ・プレートと、
蒸着温度で熱を放出するように構成された統合されたヒータと、
を含み、
前記統合されたヒータにより放出される熱は調整可能であり、前記フィクスチャの角度は調整可能であることを特徴とする、フィクスチャ。
〔実施態様２２〕
前記ウェハ・プレートは、前記レーザ構造体を蒸発物に対して配向するようにさらに構成されることを特徴とする、実施態様２１に記載のフィクスチャ。
〔実施態様２３〕
前記レーザ構造体の前記配向により、前記レーザ構造体の少なくとも１つのリッジが前記蒸発物にさらされることを特徴とする、実施態様２１に記載のフィクスチャ。
〔実施態様２４〕
前記少なくとも１つのレーザ構造体の前記配向は、前記レーザ構造体の少なくとも１つのリッジの角度に基づいて変化することを特徴とする、実施態様２１に記載のフィクスチャ。

【符号の説明】

【0056】

１００、２００、３００、４００、６０８：半導体レーザ
１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、２０４：層
１０６：活性領域
１１２、３０４：金属層
１１４：ボンディング・パッド
１１６：ダブテール・リッジ導波路（ＲＷＧ）
１１８：開口部
２０２：ポリマー
３０２：材料
４０２：空隙
５０２：フィクスチャ
６０２：ヒータ
６０４：ウェハ
６０６：蒸発物流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】