CN103138155A

CN103138155A - 半导体激光元件及其制造方法

Info

Publication number: CN103138155A
Application number: CN2012105020159A
Authority: CN
Inventors: 谷坂真吾; 小泉大树
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Corp; Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN107611770B; US9236710B2; CN107611770A; CN103138155B; JP5961989B2; US20130142209A1; JP2013118250A

Abstract

本发明的目的在于提供一种光输出及FFP优异的半导体激光元件及其制造方法。本发明的半导体激光元件的制造方法具有：准备晶片的工序，该晶片包括多个从下面侧起依次具备衬底和具有光波导的半导体构造的半导体激光元件；在晶片的上面侧或下面侧的至少一方形成第一槽的工序，俯视观察，该第一槽向远离光波导且与光波导交叉的方向延伸；在形成有第一槽的晶片的上面侧或下面侧的至少一方形成第二槽的工序，该第二槽以与使第一槽延长的直线交叉的方式延伸且具有比第一槽平滑的面；通过沿着第一槽分割所述晶片而得到激光棒的工序；在与第一槽延伸的方向交叉的方向分割激光棒而得到各个半导体激光元件的工序。

Description

半导体激光元件及其制造方法

技术领域

本申请发明涉及半导体激光元件及其制造方法，尤其是涉及由在衬底上具有半导体构造的晶片分割成半导体激光元件的分割方法。

背景技术

通常，半导体激光元件利用结晶的劈开面制作用于进行激光振荡的共振器面。在AIGaInN系的III族氮化物半导体中，其晶体构造为六方晶，因此，将半导体晶片（以下称作“晶片”）通过劈开进行分割，在形成共振器面的工序（以下称作“得到激光棒的工序”）中，进行分割的方向容易向与所希望的方向不同的方向偏离。为了抑制该分割方向的偏离，如图6所示，例如，公开了如下技术，即，沿着垂直于层积在GaN衬底110上的LD构造111中的波导路112的分割方向，虚线状地设置劈开导入槽113（例如，参照专利文献1：日本特开2009－105466）。

但是，若如专利文献1那样地利用RIE（Reactive Ion Etching）形成劈开导入槽时，则需要花费时间，故而生产性降低。

因此，提出了在层积半导体层1且在其表面形成有隆起（脊部）4的晶片的下面，如图7（a）的剖面图所示，形成劈开导入槽5而进行分割的方法，作为在短时间内形成该劈开导入槽5的方法之一，具有利用激光照射的加工方法。但是，作为利用激光照射的加工方法的课题，由于要用高能量且在短时间内形成，因此，成为劈开导入槽5的表面具有微小的凹凸的形状。而且，沿着该劈开导入槽5而分割晶片1时，由于劈开导入槽5的微小的凹凸，劈开面的高度相对于劈开面2的垂直方向偏离而产生的台阶3形成条纹状（将该条纹状台阶简称为“条纹”或“台阶”）。即，从晶片的上面（图7（a）的箭头A的方向）观察，如图7（b）所示，另外从晶片的侧面（图7（a）的箭头B的方向）观察时，如图7（c）所示，形成台阶3。在该劈开面中，若台阶发展到光波导，则在激光驱动时，使光波导共振的光就会碰上台阶而产生散射，从而，光输出降低，或在射出时因向未打算的方向射出而对FFP（Far Field Pattern）产生不利影响。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而设立的，其目的在于提供一种光输出及FFP优异的半导体激光元件及其制造方法。

本发明第一方面的半导体激光元件的制造方法，具有：准备晶片的工序，所述晶片包括多个半导体激光元件，该半导体激光元件从下面侧起依次具备衬底和具有光波导的半导体构造；在晶片的上面侧或下面侧的至少一方形成第一槽的工序，俯视观察，第一槽向离开光波导且与光波导交叉的方向延伸；在形成有第一槽的晶片的上面侧或下面侧的至少一方形成第二槽的工序，第二槽以与使第一槽延长的直线交叉的方式延伸且具有比第一槽平滑的面；通过沿着第一槽分割晶片而得到激光棒的工序；在与第一槽延伸的方向交叉的方向分割激光棒而得到各个半导体激光元件的工序。

本发明第二方面的半导体激光元件，从下面侧起依次具备衬底和具有与共振器端面交叉的光波导的半导体构造，在下面侧或上面侧的至少一方，在共振器端面设有第一槽，第一槽离开光波导且沿着共振器端面延伸，在设有第一槽的下面侧或上面侧的至少一方设有第二槽，第二槽以与使第一槽延长的直线交叉的方式延伸且具有比所述第一槽平滑的面。

根据本发明，可以构成光输出及FFP优异的半导体激光元件。

附图说明

图1A是从下面侧观察到的本发明一实施方式的晶片的俯视图；

图1B是从下面侧观察到的本发明另一实施方式的晶片的俯视图；

图2是图1A的晶片的A－B剖面图；

图3是本发明一实施方式的半导体激光元件的剖面图；

图4是表示设有第二槽时的激光棒的劈开面的照片；

图5是未设置第二槽时的激光棒的剖面照片；

图6是表示现有技术的晶片的构成的俯视图；

图7（a）是表示其它现有技术的晶片的构成的剖面图，（b）是从图7（a）的箭头A的方向观察到的俯视图，（c）是从图7（a）的箭头B的方向观察到的侧面图。

标记说明

100：晶片

100a：晶片的上面侧

100b：晶片的下面侧

20：衬底

30：半导体构造

31：n型半导体层

32：活性层

33：p型半导体层

35：光波导

40：第一槽

50：第二槽

50a：第四槽

60：槽X

70：电介质膜

80：p电极

90：隆起（脊部）

200：半导体激光元件

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。其中，以下所示的方式是用于将本发明的技术思想具体化的方式，不将本发明特定为以下的方式。各附图所示的部件的尺寸及位置关系等有时会为了使说明更加明确而被夸大。另外，在以下的说明中，相同的名称、标记，原则上表示相同或同质的部件，适当省略其详细说明。

图1A表示从下面侧观察在本实施方式中使用的晶片100的俯视图。图2是图1A的A－B剖面图，图3是在本实施方式中得到的半导体激光元件200的剖面图。另外，为了说明本发明的效果，图4中表示设有第二槽时的激光棒的剖面照片（对应图4），图5中表示未设置第二槽时的激光棒的剖面照片。另外，在图1A及图2中，省略了p电极、n电极及电介质膜，在图3中省略了n电极。

半导体激光元件200的制造方法具有：准备晶片100的工序，该晶片100包括多个半导体激光元件，该半导体激光元件从下面侧100b起依次具备衬底20和具有光波导35的半导体构造30；在晶片100的上面侧100a或下面侧100b的至少一方形成第一槽40的工序，第一槽40向远离光波导35且与光波导35交叉的方向延伸：在形成有第一槽40的晶片的上面侧或下面侧的至少一方形成第二槽50的工序，第二槽50以与使第一槽40延长的直线交叉的方式延伸且具有比第一槽40平滑的面；通过沿着第一槽40分割晶片100而得到激光棒的工序；在与第一槽40延伸的方向交叉的方向分割激光棒而得到各半导体激光元件200的工序。

本发明的半导体激光元件的制造方法，在得到激光棒的工序中，能够用第二槽50阻断从第一槽40向光波导35发展的条纹状的台阶，所以在激光驱动时能够抑制光输出的降低及FFP的特性变差。

即，如图5所示，劈开时产生的台阶从第一槽40开始发展到水平方向（晶片100的平面方向且朝向光波导35（交叉的方式）的方向。在图5中为左方向）后，发展到晶片的上面侧100a（与晶片的平面方向呈垂直的方向。图5中为上方向）。在没有第二槽的情况（参照图5）下，在从第一槽40开始产生的条纹中，有时存在到达位于隆起90的正下方的光波导35的条纹。这样在光波导35中形成了条纹时，会引起光输出的降低或FFP的特性变差，因此成为得不到充分的特性的半导体激光元件。

对此，如图4所示，在设有第二槽的情况下，能够阻断在从第一槽40开始产生的多个条纹中，沿朝向水平方向光波导35（交叉的方式）的方向发展的条纹，从而使条纹不会向光波导35发展。此外，通过将第二槽形成比第一槽更平滑的面，能够抑制从第二槽产生新的条纹。由此，光波导35中不会形成条纹，因此能够构成光输出及FFP特性优异的半导体激光元件。

另外，在此，为了容易地进行劈开，也可以设置比第一槽40深且和第一槽40向同一方向延伸的槽X60（参照图1A及图2）。在此，优选槽X60在比光波导35与第一槽的距离更远离光波导35的位置形成。将刀片以与第一槽40及槽X60相对的方式配置于晶片的上面侧100a，通过从槽X60侧（即，在图4及图5中为右侧）进行按压，以槽X60为起点进行沿着第一槽40的劈开。因此，劈开时产生的条纹向劈开进入的一侧方向（即，在图4及图5中为第一槽40的左侧方向）发展。在该情况下，至少在第一槽40的一侧设置第二槽50即可。

另外，不管有无形成槽X60，都可以从晶片上面同时按压劈开线整体而进行分割。在该情况下，劈开时产生的条纹向劈开进入的第一槽40的两侧方向发展。因此，如图1B所示，也可以追加与第二槽50对应的第四槽50a，将第二槽50和第四槽50a设于第一槽40的两侧。

以下，对半导体激光元件的制造方法的各工序进行说明。

（准备晶片的工序）

首先，在由GaN构成的衬底20上，作为半导体构造30，依次形成n型半导体层31、活性层32和p型半导体层33。在此，作为各层，使用In_xAl_yGa_1-x-yN（0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x＋y≤1）。另外，衬底20不限于GaN衬底，只要可劈开即可，例如，具有结晶面的衬底，具体地说，可举出：蓝宝石、尖晶石（MgAl₂O₄）那样的绝缘性衬底、碳化硅、硅、ZnS、ZnO、GaAs、金刚石及与氮化物半导体进行晶格接合的铌酸锂、镓酸钕等氧化物衬底、氮化物半导体衬底（GaN、AIN等）等。

接着，将半导体构造30的一部分蚀刻成条纹状，形成条纹状的隆起90。其后，在隆起90上面形成p电极80。在此，作为p电极80，使用Ni／Au／Pt。与条纹状的隆起相对应，在半导体构造30的内部设有光波导35。

然后，通过研磨或CMP等使衬底20的下面侧变薄，优选将晶片100的厚度调节到例如50～200μm左右，具体地，调节到100μm左右。由此，在后述的“分割激光棒的工序”中，可容易地分割晶片100。

在衬底20的下面侧形成n电极。在本实施方式中，n电极按照Ti／Au／Pt／Au的顺序形成。另外，对n电极而言，也可以代替在衬底20的下面侧进行电极形成，而使用干式蚀刻等使n型半导体层31从晶片的上面侧100a露出而进行电极形成。

这样，准备排列有多个半导体激光元件的晶片100。

（形成第一槽的工序）

第一槽40作为用于将晶片100分割而得到劈开面的劈开导入槽发挥作用。在此，将第一槽40设于晶片的下面侧100b。并且，俯视观察时，第一槽40以远离光波导35且向与光波导35交叉的方向延伸的方式形成。即，优选以俯视观察时不与光波导35交叉的方式虚线状延长。更优选第一槽40以使从第一槽40的一端到光波导35的距离和从第一槽40的另一端到光波导35的距离不同的方式形成。第一槽40可以通过激光烧蚀加工而形成。

如图4所示，第一槽40的延伸方向上的第一槽40的截面形状为梯形，但也可以为例如四边形、圆、椭圆、倒梯形、平行四边形、V形中的任一形状。

第一槽40的深度优选5μm以上且20μm以下。另外，第一槽40的延伸方向的长度优选30μrn以上且60μm以下，优选比与第一槽40的延伸方向正交的方向的宽度长。由此，能够进一步提高劈开性。

另外，为了使上述的条纹难以到达波导路，优选尽量远离光波导35而形成第一槽。具体地，优选从第一槽的一端到光波导35的距离（例如，从第一槽的一端到位于条纹发展的方向的光波导35的距离）为离开60μm左右以上。

在本实施方式中，第一槽40的深度设定为10μm，第一槽40的延伸方向的长度设定为50μm，与第一槽40的延伸方向正交的方向的宽度设定为7μm。

（形成第二槽的工序）

第二槽50在晶片分割时作为用于阻断从第一槽40产生的条纹的条纹遮断槽发挥作用。第二槽50在形成有第一槽40的晶片的下面侧100b，以与使第一槽40延长的直线交叉的方式延伸（即，第二槽50不与第一槽40交叉，而是与沿第一槽40的延伸方向延伸的直线（未图示）交叉），形成为具有比第一槽40更平滑的面。

第二槽可以通过干式蚀刻、湿式蚀刻、激光烧蚀加工等而形成。其中，特别优选第二槽利用聚光度高的激光形成，尤其是，作为从劈开面观察到的（或平行于劈开面的方向上的）截面形状，在第一槽为梯形、四边形、圆、椭圆、倒梯形、平行四边形等的情况下，第二槽优选V形，在第一槽为V形的情况下，第二槽优选为具有比第一槽小的锐角的V形。

另外，第一槽及第二槽的与各槽的延长方向正交的方向上的截面形状，通常都为V形或与之近似的形状。

在此，所谓平滑的面是指具有表面无凹凸的面，但严格地说，是指具有比构成第一槽的表面凹凸小的表面凹凸。

第二槽50通过与第一槽40在晶片100的同一面侧形成且与第一槽40分开，可阻断从第一槽40开始朝向水平方向发展的条纹状台阶。进而，通过用平滑的面构成第二槽50，也可抑制分割时来自第二槽50自身的台阶的产生。另外，第二槽50是否具有比第一槽40更平滑的面，例如，可以通过在第一槽40的延伸方向上的截面SEM像进行确认。

优选第一槽40及第二槽50不是在与光波导35接近的晶片上面侧100a形成，而是在远离光波导35的晶片下面侧100b形成。由此，能够将对光输出及FFP的不利影响抑制在最小限度。即，第一槽40处于晶片的下面侧100b的情况下，从第一槽40开始发展的条纹沿水平方向且朝向光波导的方向发展后，向设有光波导35的半导体构造30侧（晶片上面侧100a）发展。从而，在第二槽50和第一槽40同样地形成于晶片下面侧100b的情况下，即使不能阻止所有的条纹向水平方向且朝向光波导35的方向的发展，不能阻止其发展的条纹的大部分也不会朝向光波导35，而是向晶片上面侧改变发展路径，即，变为向纵向（图4的上方向（晶片的厚度方向））发展。

另外，在晶片的上面侧100a形成第一槽40及第二槽50的情况下，条纹从第一槽40开始向横向且朝向光波导35的方向（图4的横向（晶片的水平方向））发展而横切光波导35，因此，若利用第二槽50不能阻止全部的条纹的发展，则条纹会在光波导35中沿横向发展。在此，通常，通过使光波导35在横向（水平方向且朝向光波导35的方向）比纵向长，条纹不会在光波导35中沿横向发展（即，条纹不会长距离横切光波导35），能够将条纹对光输出及FFP造成的影响抑制在最小限度。

第二槽50只要向与第一槽40延伸的方向交叉的方向延伸即可，即，只要以可阻断条纹的方式延长即可。第二槽的延伸方向在俯视观察中，例如，相对于第一槽的延长方向可以正交，也可以倾斜。具体地，俯视观察中的第一槽的延伸方向与第二槽的延伸方向的角度可举出大于0°（＝第一槽和第二槽重合）且小于90°（第一槽和第二槽正交）。但是，考虑薄片化（与共振器方向平行分割的情况）或第二槽形成的容易度时，优选使第二槽形成为与第一槽正交。

另外，如图1A所示，第二槽50直线状不中断地延伸，但例如也可以形成虚线状。

另外，除第二槽50以外，如图1B所示，也可以与第一槽40邻接形成第四槽50a。在该情况下，优选第四槽50a与第二槽50平行配置，优选将从第一槽的一端到第二槽50的距离和从第一槽40的另一端到第四槽50a的距离设定为相同程度。

另外，第一槽40在晶片的上面侧100a形成时，第二槽50和第一槽40同样地在晶片的上面侧100a形成。另外，第一槽40及第二槽50也可以设于晶片的上面侧100a及下面侧100b这两侧。

第二槽50优选通过RIE那样的干式蚀刻或湿式蚀刻那样的蚀刻加工来形成。由此，可以比较容易地形成具有平滑面的第二槽50。另外，第二槽50也可以通过激光加工而形成。由此，可以将第二槽50形成平滑的面，并且通过更加简单的步骤形成。

平滑的判断可以通过在形成第一槽和第二槽后，例如，对SEM照片进行比较来确认。

在本实施方式中，通过激光加工形成第一槽40，通过干式蚀刻形成第二槽50。由此，能够迅速地形成第一槽40，并且，能够更容易地形成具有平滑面的第二槽50。但是，第二槽50也可以利用比为了形成第一槽40而使用的激光的加工精度更高的激光来形成。在此，所谓加工精度高的激光是指，利用进一步赋予了平滑面的激光，通过调节激光的波长、能量、焦点等，能够进行进一步赋予了平滑面的激光加工。

另外，在后述的激光棒分割工序中，优选沿着第二槽50分割激光棒。由此，在分割激光棒时无需形成新的槽，可缩短工序。此时，第一槽40的延伸方向上的第二槽50的截面形状优选为第二槽50的前端部为锐角的形状。由此，能够高精度地进行分割。另外，如果是V形，则除了可以高精度地进行分割以外，可以通过短时间的蚀刻来形成，提高了生产性。在此，所谓V形是指宽度随着从晶片的表面朝向内部而变窄的形状。

另外，在通过干式蚀刻及湿式蚀刻形成第二槽的情况下，在晶片整个面上形成SiO₂膜后，对SiO₂进行光刻及蚀刻，形成所希望的掩模图形，将该掩模图形作为掩模，使用RIE并利用添加了少量Cl₂气体的SiCl₄气体或利用KOH等碱溶液等蚀刻剂进行蚀刻，由此，能够形成所希望的形状，例如，形成为V形或与之近似的形状。

在本实施方式中，将第二槽50的深度设定为与第一槽40相同，为10μm。台阶状条纹从第一槽40开始首先在横向发展，所以第二槽50的深度实质上可以和第一槽40相同，或优选比第一槽40深。由此，能够利用第二槽50更可靠地阻断从第一槽40开始产生的条纹。另外，为了利用第二槽50更可靠地阻断条纹，第一槽40与第二槽50的距离最好尽可能地近。第一槽40和第二槽50也可以相接，但优选相互分开。

另外，在本实施方式中，在每一光波导35之间形成有第一槽40及第二槽50，但其位置不作限定。

（得到激光棒的工序）

在形成有第一槽40及第二槽50的晶片100中，沿着第一槽40的延伸方向将晶片100劈开。由此得到以劈开面为共振器端面的激光棒。

劈开的方法可以利用例如使刀片与上面或背面侧抵接并按压而进行劈开的方法（切断）、辊断或冲裁等公知的方法。

另外，在前面的工序中，以从第一槽40的一端到光波导35的距离和从第一槽40的另一端到光波导35的距离不同的方式形成，且朝向规定的方式进行利用第一槽40的劈开的情况下，上述的条纹状台阶容易沿着劈开的前进方向发生。因此，优选以在劈开的前进方向的前方，从第一槽40的一端到光波导35的距离长，在前进方向的后方，从第一槽40的另一端到光波导35的距离变短的方式，选择劈开方向。

（分割激光棒的工序）

接着，通过在与第一槽40延伸的方向交叉的方向分割激光棒，得到各半导体激光元件200。分割激光棒的方法可以利用切断、辊断或冲裁等公知的方法。进行分割时，优选沿着第二槽50分割激光棒。

另外，也可以在得到激光棒的工序之后或分割激光棒的工序之后追加酸洗工序。由此，能够除掉晶片引起的碎渣儿（例如，镓系氧化物）。

参照图3，对从本实施方式的晶片100分割所得到的半导体激光元件200进行说明。

半导体激光元件200从下面侧起依次具备衬底20和半导体构造30，半导体构造30通过劈开设置共振器端面，在与共振器端面交叉的方向具有光波导。另外，在共振器端面的衬底20的下面侧设有第一槽40及第二槽50。第一槽40远离光波导且沿着共振器面延伸。另外，第二槽50以与使第一槽40延长的直线交叉的方式延伸，基于SEM照片观察，具有比第一槽40平滑的面。

在半导体构造30的上面侧，以使隆起90上面开口的方式设有电介质膜70。并且在隆起90上面设有p电极80。在本实施方式中，n电极设于衬底20的下面侧，在图3中省略。

由此，能够利用第二槽50阻断劈开时在第一槽40中产生的条纹，所以能够形成光输出及FFP优异的半导体激光元件。

半导体激光元件200可以在衬底20的下面侧具有第一槽40及第二槽50。由此，能够将条纹对FFP的影响抑制在最小限度。

Claims

1.一种半导体激光元件的制造方法，其特征在于，具有：

准备晶片的工序，所述晶片包括多个半导体激光元件，该半导体激光元件从下面侧起依次具备衬底和具有光波导的半导体构造；

在所述晶片的上面侧或下面侧的至少一方形成第一槽的工序，俯视观察，所述第一槽向离开所述光波导且与所述光波导交叉的方向延伸；

在形成有所述第一槽的所述晶片的上面侧或下面侧的至少一方形成第二槽的工序，所述第二槽以与使所述第一槽延长的直线交叉的方式延伸且具有比所述第一槽平滑的面；

通过沿着所述第一槽分割所述晶片而得到激光棒的工序；

在与所述第一槽延伸的方向交叉的方向分割所述激光棒而得到各个半导体激光元件的工序。

2.如权利要求1所述的半导体激光元件的制造方法，其中，在所述晶片的下面侧形成所述第一槽及所述第二槽。

3.如权利要求1或2所述的半导体激光元件的制造方法，其中，

在所述形成第一槽的工序中，通过激光加工形成所述第一槽，

在所述形成第二槽的工序中，通过蚀刻加工形成所述第二槽。

4.如权利要求1～3中任一项所述的半导体激光元件的制造方法，其中，在形成激光棒的工序中，从晶片的形成有第一槽及第二槽的面的相反侧的面，与第一槽相对地按压刀片，对晶片进行分割。

5.如权利要求1～4中任一项所述的半导体激光元件的制造方法，其中，

在所述得到激光棒的工序中，还具有在晶片端部形成槽的工序，所述槽比第一槽深，且向与第一槽相同的方向延伸，

通过从所述槽侧按压刀片，以所述槽为起点沿着第一槽分割所述晶片。

6.如权利要求1～5中任一项所述的半导体激光元件的制造方法，其中，

在所述形成第一槽的工序中，以从第一槽的一端到光波导的距离和从第一槽的另一端到光波导的距离不同的方式形成所述第一槽，

在得到激光棒的工序中，从第一槽的一端到光波导的距离短的一侧朝向从第一槽的另一端到光波导的距离长的一侧进行分割。

7.如权利要求1～6中任一项所述的半导体激光元件的制造方法，其中，在形成第二槽的槽的工序中，将第二槽的深度设定为与第一槽的深度相同或比第一槽深。

8.如权利要求1～7中任一项所述的半导体激光元件的制造方法，其中，在所述得到半导体激光元件的工序中，沿着所述第二槽分割所述激光棒。

9.如权利要求8所述的半导体激光元件的制造方法，其中，在所述形成第二槽的工序中，以截面形状成为V字形状的方式形成所述第二槽。

10.如权利要求1～9中任一项所述的半导体激光元件的制造方法，其中，在所述形成第一槽的工序中，利用激光形成所述第一槽，在形成第二槽的工序中，利用加工精度比为了形成第一槽而使用的激光更高的激光形成所述第二槽。

11.一种半导体激光元件，其特征在于，从下面侧起依次具备衬底和具有与共振器端面交叉的光波导的半导体构造，

在下面侧或上面侧的至少一方，在所述共振器端面设有第一槽，所述第一槽离开所述光波导且沿着所述共振器端面延伸，

在设有所述第一槽的下面侧或上面侧的至少一方设有第二槽，所述第二槽以与使所述第一槽延长的直线交叉的方式延伸且具有比所述第一槽平滑的面。

12.如权利要求11所述的半导体激光元件，所述第一槽及所述第二槽设于所述衬底的下面侧。