JP2005079525A - 半導体レーザー素子、その製造方法及びそれを搭載した光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】戻り光によるトラッキングノイズを抑制できる半導体レーザー素子、及びこの半導体レーザー素子を生産歩留りを低下させることなく容易に製造できる製造方法、及びこの半導体レーザー素子を用いた光ピックアップ装置を提供すること。
【解決手段】半導体基板と、この半導体基板の表面に形成された活性層を含む複数の半導体積層膜とを少なくとも備え、半導体基板は、少なくとも活性層のレーザ光出射端面側の端面に、半導体基板の裏面から活性層の厚み中心よりも基板側へ５０μｍ以下の位置にかけて、活性層に対し平行方向に延びる溝を有する半導体レーザー素子を提供することにより課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、端面からレーザ光を出射する半導体レーザー素子とその製造方法、及びそれを搭載した光ピックアップ装置に関する。詳しくは、光ディスクのピックアップのようにレーザー戻り光がある場合に生じる悪影響を防止するための戻り光対策に関する。

半導体レーザー素子を応用した機器、例えば、レーザ光によって光ディスクの記録あるいは再生を行う光ピックアップ装置等の光学系に、半導体レーザー素子を組込む場合、レーザー戻り光（以下、戻り光と称する場合がある）による雑音を抑えることが一つの課題となっている。例えばＣＤやＤＶＤの読み取りに用いられる光学系においては、半導体レーザー素子から出射したレーザ光は光ディスクに入射し、反射して再び半導体レーザー素子側に戻ってくることによるノイズ発生の問題がある。回析格子により３ビームを発生させる光学系の場合、半導体レーザー素子のレーザ光出射側の端面における発光点の上下数十μｍの領域に戻り光が入射する。この入射した戻り光が半導体レーザー素子の端面で反射して再度光学系に入射すると、トラッキングノイズの原因となる。

従来、半導体レーザー素子の戻り光対策には以下のような手法が提案されていた。
第一には、半導体レーザーウエハを複数のレーザーバーに分割する前の工程で、半導体レーザーウエハに複数の溝をダイシング又はエッチングにより形成して溝の内面を粗面化しておき、溝に沿って半導体レーザーウエハを分割して得た複数のレーザーバーの上記粗面化されている部分を、最終的に得られる半導体レーザー素子の戻り光のあたる領域となるようにすることで、戻り光を拡散させる手法である（特許文献１）。
第二には、レーザーバーの光出射側の端面に保護膜を積層し、保護膜の一部分を選択的にエッチングするなどの手法によって、戻り光部分が入射する部分の反射率を低下させたり、透過させたり又は光吸収率の高い物質を選択的に形成して、最終的に得られる半導体レーザー素子の光出射側の端面が戻り光の反射を防止可能となるようにする手法である（特許文献２）。
第三には、レーザーバーの光出射側の端面となる部分に予め戻り光に対して所定の角度を持つ面を形成し、最終的に得られる半導体レーザー素子の上記角度を持つ面により戻り光を光学系に再入射させないように反射させる手法である（特許文献３）。
特開昭６１−１２１４８６号公報 特開平１−１６１７９２号公報 特開平６−１９６８１３号公報

しかしながら、上記方法で製造された半導体レーザー素子では、以下の問題が発生する。
第一の手法では、粗面化された溝を形成するにあたり溝深さの厳密な制御が困難であり、また半導体レーザーウエハの強度を低下させ割れを誘発する。また半導体レーザーウエハをレーザーバーに分割する際、共振器長の長さ精度を落とす可能性があり、歩留りを低下させる要因になる。
第二の手法では、レーザーバーの状態で保護膜の形成を実施することとなるのでバーの破損を招きやすく、またレーザーバーの微小な端面領域内で保護膜の選択的な工程を実施することとなりその制御が困難である。
第三の手法では、第一の手法と同様にウエハ強度の低下、共振器長の長さ精度の低下を招く。
そこで、本発明の主要な目的の一つは、戻り光によるトラッキングノイズを抑制できる半導体レーザー素子、及びこの半導体レーザー素子を生産歩留りを低下させることなく容易に製造できる製造方法、及びこの半導体レーザー素子を用いた光ピックアップ装置を提供することにある。

かくして、本発明によれば、半導体基板と、この半導体基板の表面に形成された活性層を含む半導体積層膜とを少なくとも備え、
前記半導体基板は、少なくとも前記活性層のレーザ光出射端面側の端面に、半導体基板の裏面から活性層の厚み中心よりも基板側へ５０μｍ以下の位置にかけて、活性層に対し平行方向に延びる断面Ｖ字形の溝を有する半導体レーザー素子が提供される。

本発明の半導体レーザー素子によれば、光ディスク用ピックアップの光源として用いた場合に、半導体基板の端面のレーザー戻り光が当たる部分、つまり基板の裏面から活性層（発光層）の厚み中心よりも基板側へ５０μｍ以下の位置にかけて、活性層に対し平行方向に延びる断面Ｖ字形の溝を有するため、この溝面にレーザー戻り光を確実に当てることができ、溝面に当たって反射したレーザー戻り光を再度光学系に入射するのを抑制することができ、それによってトラッキングやノイズなどの悪影響の発生を効果的に抑制することができる。

本発明において、対象とする半導体レーザー素子としては、特に限定されるものではなく、各種発振波長の半導体レーザー素子に適用することができるが、レーザ光によって光ディスクの記録、消去あるいは再生を行う光ディスク用ピックアップ装置の光源として用いられるものが好適である。具体的には、活性層が、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザー素子、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）からなるＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザー素子、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるＡｌＧａＩｎＮ系の半導体レーザー素子等を挙げることができる。

本発明において、半導体基板のレーザ光出射端面側の端面には、溝が複数本設けられていてもよい。このようにすれば、基板端面のレーザー戻り光が当たる領域に縞状の凹凸が形成されるので、この縞状の凹凸によってレーザー戻り光が乱反射し易くなり、光ピックアップ装置の光学系への再入射をより効果的に抑制することができる。また、溝は断面がＶ字形状に形成されているのもよく、それによってレーザー戻り光の乱反射率をより高めることができる。さらに、溝の表面は、光学的な粗面に形成されてなるのもよく、それによりレーザー戻り光の乱反射率をより一層高めることができる。なお、光学的な粗面とは、レーザー戻り光を乱反射可能な凹凸を有する面を意味する。

本発明は、別の観点によれば、半導体基板の表面に活性層を含む半導体積層膜を少なくとも備える半導体レーザーウエハを形成する工程と、
前記基板の裏面における半導体レーザー素子のレーザ光出射端面相当位置にダイシングを行って、前記レーザ光出射端面側の基板の端面に、上記活性層に対して平行方向の溝を形成する工程を含む半導体レーザー素子の製造方法（Ａ）を提供することができる。
この製造方法（Ａ）では、ダイシングに用いられるダイシングマシンとしては、従来公知のレーザ方式、ブレードを回転させるダイシングソー方式や、ワイヤを複数本平行に張設して走らせるワイヤソー方式等を採用することができる。

本発明は、さらに、半導体基板の表面に活性層を含む半導体積層膜を少なくとも備える半導体レーザーウエハを形成する工程と、
半導体レーザーウエハにダイシングを行って、複数本のレーザーバーを形成する工程と、前記レーザーバーの側面における半導体レーザー素子のレーザ光出射端面相当位置にエッチングを行って、前記レーザ光出射端面側の基板の端面に、上記活性層に対して平行方向の溝を形成する工程を含む半導体レーザー素子の製造方法（Ｂ）を提供することができる。

上記製造方法（Ａ）、（Ｂ）によれば、上述したような従来の第１、第２及び第３の手法のような問題を解消し、半導体レーザー素子を歩留良く形成することができる。

また、本発明は、さらに別の観点によれば、上述の半導体レーザー素子を搭載した光ピックアップ装置を提供することができる。
この光ピックアップ装置によれば、光学系からのレーザー戻り光が、半導体レーザー素子の基板端面の溝を反射するため、この反射光の光学系への再入射が大幅に減少し、ノイズの発生及び雑音を抑制することができる。

図１は本発明の実施例１の半導体レーザー素子を示す概略斜視図であり、図２は同実施例１の半導体レーザー素子の製造方法を説明する図であって、半導体レーザーウエハを複数に分割して得られたレーザーバーを示し、図３は同実施例１の半導体レーザー素子の製造方法１を説明する図であって、半導体基板の表面にダイシングによって凹溝を形成する状態を表し、図４は同実施例１の半導体レーザー素子の製造方法を説明する図であって、表面に複数の凹溝が形成されたレーザーバーを示す。

この半導体レーザー素子Ｌは、半導体基板１と、この半導体基板１の表面に形成された活性層４を含む半導体積層膜と、電極９ａ、９ｂにより構成されている。半導体積層膜は、半導体基板１側からバッファ層２、下クラッド層３、上記活性層４、上クラッド層５、ストライプ溝６、電流ブロック層７、キャップ層８からなる。具体的に、この半導体レーザー素子ＬはＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザー素子であって、半導体基板１はｎ−ＧａＡｓ基板であり、バッファ層２は(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、例えば、ｘ＝0.10、ｙ＝0.50）バッファ層であり、下クラッド層３は(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、例えば、ｘ＝0.70、ｙ＝0.50）下クラッド層であり、活性層４は(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、例えば、ｘ＝0、ｙ＝0.50）活性層であり、上クラッド層５は(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、例えば、ｘ＝0.70、ｙ＝0.50）上クラッド層であり、ストライプ溝６は、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、例えば、ｘ＝0.70、ｙ＝0.50）のクラッド層と、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１、例えば、ｘ＝0）のキャップ層からなり、電流ブロック層７は(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、例えば、ｘ＝1.0、ｙ＝0.50）電流ブロック層であり、キャップ層８はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１、例えば、ｘ＝0）キャップ層であり、電極９ａは例えば、ＡｕＺｎ電極であり、電極９ｂは例えば、ＡｕＳｎ電極である。この場合、活性層４は、元素組成を(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表すことができる。

また、半導体基板１は、活性層４のレーザ光出射端面側（発光点１０を有する端面側）の端面に、活性層４と平行方向に延びる断面Ｖ字形の溝１１が上下に２本形成されている。この溝１１、１１は、半導体基板１の裏面（電極９ｂの表面）から活性層４の厚み中心（発光点１０の位置）よりも基板１側へ５０μｍ以下の位置にかけて設けられている。この溝１１、１１は、半導体レーザー素子Ｌを光ピックアップ装置に用いた場合の光学系からの戻り光（矢印Ａ）を当てるために設けられている。したがって、この半導体レーザー素子Ｌによれば、戻り光が溝１１に当たって上下方向に反射するため、光の光学系への再入射を大幅に減少することができる。
次に、図１〜４を参照しながら上記実施例１の半導体レーザー素子の製造方法について説明する。

[製造方法１]
先ず、半導体基板１の上に、例えばバッファ層２、下クラッド層３、活性層４、上クラッド層５をエピタキシャル成長にて順次形成し、ストライプ溝６を形成した後、電流ブロック層７、キャップ層８をエピタキシャル成長して形成し、キャップ層８の表面及び半導体基板１の表面にそれぞれ電極９ａ、９ｂを形成する。これにより、半導体基板1の上にレーザーダイオードが形成された半導体レーザーウエハＷが構成される（図２参照）。

次に、図３（ｅ）と図４に示すように、半導体レーザーウエハＷの半導体基板１の裏面に、ストライプ溝６の延長方向と直交する方向にダイシングマシンを用いて複数の凹溝１２を形成する。このとき、半導体レーザーウエハＷにおいて、最終的に得られる半導体レーザー素子のレーザ光出射端面相当位置（１点鎖線１３を通る平面位置）が中心となるように凹溝１２を形成する。ダイシングに際しては、レーザ方式又はダイシングソー方式のダイシングマシンを用いて、図３（ａ）〜（ｅ）に示すように順次切れ込みを形成して断面Ｖ字形の溝１１を複数本形成していく。

製造方法１のダイシング工程を具体的に説明すると、先ず図３（ａ）に示すように、ダイシングマシンのレーザ光又はブレードを半導体基板１に対して斜め方向（矢符ａ方向）に当てて、奥部端面１４ａが活性層４に対して傾斜した第１の切れ込み１４を形成し、続いて図３（ｂ）に示すように、矢符ｂ方向のレーザ光又はブレードによって半導体基板１における第１の切れ込み１４の横に、奥部端面１５ａが活性層４に対して傾斜した第２の切れ込み１５を形成する。このとき、第２の切り込み１５の最深部は、活性層の厚み中心よりも基板１側へ５０μｍ以下の位置にまで達している。

次に、図３（ｃ）に示すように、矢符ｃ方向のレーザ光又はブレードによって半導体基板１における第１と第２の切れ込み１４、１５とは反対側に、奥部端面１６ａが活性層４に対して傾斜した第３の切れ込み１６を形成し、続いて図３（ｄ）に示すように、矢符ｄ方向のレーザ光又はブレードによって半導体基板１における第３の切れ込み１６の横に、奥部端面１７ａが活性層４に対して傾斜した第４の切れ込み１７を形成する。そして、図３（ｄ）に示すように、第１及び第２の切れ込み１４、１５と第３及び第４の切れ込み１６、１７との間に残存した断面略三角形部分１８を除去するために、図３（ｅ）に示すようにレーザ光又はブレードを矢符ｅから矢符ｆのように移動させる。このようにダイシングを行うことにより、内側面の両側に断面Ｖ字形の溝１１をそれぞれ上下２段で有する凹溝１２が形成される。

その後、複数の凹溝１２が形成された半導体レーザーウエハＷを、各凹溝１２のレーザ光出射端面相当位置に沿ってへき開して複数本のレーザーバーを形成し、各レーザーバーをチップ単位に切断しては複数の半導体レーザー素子Ｌを形成する。なお、この製造方法１において、凹溝１２を形成した後に、例えばＨＦ、ＨＣｌ等をエッチャントとしてウエットエッチングを行って、凹溝１２の内面、すなわち各溝１１の表面を光学的に粗面化する工程を含めてもよい。また、図３（ａ）〜（ｄ）の切り込み形成の順序に限らず、順序を変更してもよく、最終的には図３（ｅ）のような断面形状に凹溝を形成すればよい。

［製造方法２］
上記製造方法１ではレーザ方式又はダイシングソー方式のダイシングマシンを用いた場合を説明したが、この製造方法２ではワイヤソー方式のダイシングマシンが用いられる。図５は実施例１の半導体レーザー素子の製造方法２を説明する図であって、半導体基板の表面にダイシングによって凹溝を形成する状態を表している。

製造方法２のダイシング工程の場合、半導体基板１に対して図示しないワイヤを矢符ｇ、ｈ、ｉ、ｊのように厚み方向へ直線的に蛇行させて切り込みを形成する。このとき、切り込みの最深部は、活性層の厚み中心よりも基板１側へ５０μｍ以下の位置にまで達している。次いで、ワイヤを矢符ｋのように基板平行方向に移動させ（図５に示した状態）、続いてワイヤを矢符ｋ、ｍ、ｎ、ｏのように基板表面側へ直線的に蛇行させて切り込みを形成することにより、図４に示すように内側面の両側に断面Ｖ字形の溝１１をそれぞれ上下２段で有する凹溝１２が形成される。さらに、この製造方法２において、凹溝１２を形成した後に、例えばＨＦ、ＨＣｌ等をエッチャントとしてウエットエッチングを行って、凹溝１２の内面、すなわち各溝１１の表面を光学的に粗面化する工程を含めてもよい。なお、その他の工程は製造方法１と同様に行うことができる。

［製造方法３］
上記製造方法１、２は、ダイシングによって半導体基板に断面Ｖ字形の溝を有する凹溝を形成する方法であったが、製造方法３はエッチングによって断面Ｖ字形の溝を有する凹溝を形成する方法である。図６は実施例１の半導体レーザー素子の製造方法３を説明する図であって、複数本のレーザーバーの側面にエッチングによって凹溝を形成する状態を表している。

この製造方法３の場合、上記製造方法１と同様に半導体レーザーウエハを形成した後、半導体レーザーウエハにダイシングを行って、複数本のレーザーバーを形成する。その後、複数本のレーザーバー２０の一側面を上方に向け、各レーザーバー２０を隙間無く並べ、この状態で各レーザーバー２０の上方に向いた一側面上の所定位置に、複数のレジスト開口部２２を有するレジスト膜２１を形成する。この所定位置とは、各レーザーバーの半導体基板１におけるレーザ光出射端面相当位置である凹溝を設けるべき位置である。また、レジスト開口部２２の形状は、内側面の両側に断面Ｖ字形の２段の溝を有する凹溝の断面形状（図３（ｅ）参照）に形成される。

その後、レジスト膜２１の上方から、ハロゲン系ガス、例えばＳｉＣｌ₄ガスを用いてドライエッチングを行い、各レーザーバー２０の半導体基板１の側面に、２段の溝を対向して有する凹溝を形成する。さらに、この製造方法３において、凹溝を形成した後に、例えばＨＦ、ＨＣｌ等をエッチャントとしてウエットエッチングを行って、凹溝の内面、すなわち各溝の表面を光学的に粗面化する工程を含めてもよい。その後、レジスト膜２１を除去し、各レーザーバー２０を各凹溝に沿ってへき開してチップ単位に分割し、半導体レーザー素子を得る。

［製造方法４］
製造方法４の場合、製造方法３で説明した図６のようなレジスト膜２１を形成する際に、隣接するレーザーバー２０、２０に対応するレジスト開口部２２、２２の間のレーザ光出射端面相当位置にも幅の狭いレジスト開口部を形成する。その後、製造方法３と同様にドライエッチングを行うことにより、各レーザーバーがチップ単位に分割されると同時に、各チップの両端面に断面Ｖ字形の２段の溝が形成され、レジスト膜を除去して半導体レーザー素子を得ることができる。なお、レジスト膜を除去する前に、例えばＨＦ、ＨＣｌ等をエッチャントとしてウエットエッチングを行って、各溝の表面を光学的に粗面化する工程を含めてもよい。

本発明の半導体レーザー素子は、各種発振波長の半導体レーザー素子に適用することができる。特に、レーザ光によって光ディスクの記録、消去あるいは再生を行う光ディスク用ピックアップ装置の光源として用いられるものが好適であり、例えばＬＤ、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ+Ｒ、ＤＶＤ+ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ等の光ディスク用ピックアップ装置の光源に用いることができる。

本発明の実施例１の半導体レーザー素子を示す概略斜視図である。 同実施例１の半導体レーザー素子の製造方法を説明する図であって、半導体レーザーウエハを複数に分割して得られたレーザーバーを示す。 同実施例１の半導体レーザー素子の製造方法１を説明する図であって、半導体基板の表面にダイシングによって凹溝を形成する状態を表す。 同実施例１の半導体レーザー素子の製造方法を説明する図であって、表面に複数の凹溝が形成されたレーザーバーを示す。 実施例１の半導体レーザー素子の製造方法２を説明する図であって、半導体基板の表面にダイシングによって凹溝を形成する状態を表す。 実施例１の半導体レーザー素子の製造方法３を説明する図であって、複数本のレーザーバーの側面にエッチングによって凹溝を形成する状態を表す。

符号の説明

１ 半導体基板
４ 活性層
１１ 溝
２０ レーザーバー
２１ レジスト膜
２２ レジスト開口部
Ｌ 半導体レーザー素子
Ｗ 半導体レーザーウエハ

Claims (13)

1. 半導体基板と、この半導体基板の表面に形成された活性層を含む半導体積層膜とを少なくとも備え、
   前記半導体基板は、少なくとも前記活性層のレーザ光出射端面側の端面に、半導体基板の裏面から活性層の厚み中心よりも基板側へ５０μｍ以下の位置にかけて、活性層に対し平行方向に延びる断面Ｖ字形の溝を有することを特徴とする半導体レーザー素子。
2. 半導体基板のレーザ光出射端面側の端面には、溝が複数本設けられている請求項1に記載の半導体レーザー素子。
3. 溝の表面は、光学的な粗面に形成されてなる請求項１又は２に記載の半導体レーザー素子。
4. 活性層が、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる請求項１〜３の何れか１つに記載の半導体レーザー素子。
5. 活性層が、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）からなる請求項１〜３の何れか１つに記載の半導体レーザー素子。
6. 活性層が、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩｎ_1-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる請求項１〜３の何れか１つに記載の半導体レーザー素子。
7. 半導体基板の表面に活性層を含む半導体積層膜を少なくとも備える半導体レーザーウエハを形成する工程と、
   前記基板の裏面における半導体レーザー素子のレーザ光出射端面相当位置にダイシングを行って、前記レーザ光出射端面側の基板の端面に、上記活性層に対して平行方向の溝を形成する工程を含むことを特徴とする半導体レーザー素子の製造方法。
8. ダイシングは、基板に対して斜め方向に切れ込みを入れて断面Ｖ字形の溝を形成する請求項７に記載の半導体レーザー素子の製造方法。
9. 半導体基板の表面に活性層を含む半導体積層膜を少なくとも備える半導体レーザーウエハを形成する工程と、
   半導体レーザーウエハにダイシングを行って、複数本のレーザーバーを形成する工程と、
   前記レーザーバーの側面における半導体レーザー素子のレーザ光出射端面相当位置にエッチングを行って、前記レーザ光出射端面側の基板の端面に、上記活性層に対して平行方向の溝を形成する工程を含むことを特徴とする半導体レーザー素子の製造方法。
10. エッチングに際して、上方に向けたレーザーバーの側面におけるレーザ光出射端面相当位置に、レジスト開口部を有するレジスト膜を予め形成する請求項９に記載の半導体レーザー素子の製造方法。
11. 溝は、基板の裏面から活性層の厚み中心よりも基板側へ５０μｍ以下の位置まで複数本形成される請求項７〜１０の何れか１つに記載の半導体レーザー素子の製造方法。
12. 溝の形成後に、ウエットエッチングにより溝の表面を光学的に粗面化する工程をさらに備える請求項７〜１１の何れか１つに記載の半導体レーザー素子の製造方法。
13. 前記請求項１〜６に記載の半導体レーザー素子を搭載した光ピックアップ装置。

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