JP2008004835A - Manufacturing method for semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザの製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser manufacturing method.
電子ビームによる真空蒸着法(EB蒸着法)を用いて半導体レーザチップの端面上に保護膜を形成する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
通常、真空蒸着装置のチャンバ内の温度を測定するために、チャンバ外に熱電対が配置される。しかしながら、このようにチャンバ外に配置された熱電対では、チャンバ内に設置された半導体レーザチップの温度を正確に測定することはできない。本発明者らは、保護膜形成時の半導体レーザチップの温度が、最終的に製造される半導体レーザの特性に大きく影響することを見出した。半導体レーザチップの温度が低いまま保護膜の形成を開始すると、保護膜自身の特性が変化するばかりでなく、保護膜が形成された半導体レーザにおいて、逆方向(n側からp側)のバイアスすなわち逆バイアスの電圧を印加したときの耐圧が低下し、逆方向に流れる電流の値が大きくなる。その結果、半導体レーザの静電放電(ESD:electrostatic discharge)耐性が低下してしまう。 Usually, in order to measure the temperature in the chamber of the vacuum deposition apparatus, a thermocouple is disposed outside the chamber. However, the thermocouple arranged outside the chamber cannot accurately measure the temperature of the semiconductor laser chip installed in the chamber. The present inventors have found that the temperature of the semiconductor laser chip at the time of forming the protective film greatly affects the characteristics of the finally manufactured semiconductor laser. When the formation of the protective film is started while the temperature of the semiconductor laser chip is low, not only the characteristics of the protective film itself change, but also in the reverse direction (n side to p side) in the semiconductor laser with the protective film formed, The breakdown voltage when a reverse bias voltage is applied decreases, and the value of the current flowing in the reverse direction increases. As a result, the electrostatic discharge (ESD) resistance of the semiconductor laser is reduced.
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、逆方向に流れる電流の値が小さい半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor laser having a small value of current flowing in the reverse direction.
上述の課題を解決するため、本発明の半導体レーザの製造方法は、チャンバ内に設置された支持体に半導体レーザチップを支持させる工程と、前記半導体レーザチップを加熱する工程と、前記支持体に設置された温度センサを用いて前記半導体レーザチップの温度を測定する工程と、前記半導体レーザチップの端面上に、電子ビームによる真空蒸着法を用いて保護膜を形成する工程とを含み、前記半導体レーザチップの温度が所定の温度以上となったときに前記保護膜の形成を開始する。 In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention includes a step of supporting a semiconductor laser chip on a support body installed in a chamber, a step of heating the semiconductor laser chip, and the support body. A step of measuring the temperature of the semiconductor laser chip using an installed temperature sensor, and a step of forming a protective film on an end face of the semiconductor laser chip by using a vacuum evaporation method using an electron beam, The formation of the protective film is started when the temperature of the laser chip becomes equal to or higher than a predetermined temperature.
本発明の半導体レーザの製造方法によれば、半導体レーザチップの端面の実際の温度を測定し、当該温度が所定の温度以上であることを確認してから保護膜の形成を開始することができる。これにより、逆バイアスの電圧を印加したときに、逆方向に流れる電流の値が小さい半導体レーザが得られる。 According to the semiconductor laser manufacturing method of the present invention, the actual temperature of the end face of the semiconductor laser chip can be measured, and after confirming that the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the formation of the protective film can be started. . As a result, a semiconductor laser having a small current value flowing in the reverse direction when a reverse bias voltage is applied can be obtained.
前記所定の温度が、240℃以上400℃以下であることが好ましい。所定の温度が240℃未満であると、得られる半導体レーザにおいて逆方向に流れる電流の値が大きくなる傾向にある。一方、所定の温度が400℃を超えると、保護膜の膜質が変質する傾向にある。 The predetermined temperature is preferably 240 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. When the predetermined temperature is less than 240 ° C., the value of the current flowing in the reverse direction in the obtained semiconductor laser tends to increase. On the other hand, when the predetermined temperature exceeds 400 ° C., the quality of the protective film tends to be altered.
本発明によれば、逆方向に流れる電流の値が小さい半導体レーザの製造方法が提供される。 According to the present invention, a method of manufacturing a semiconductor laser having a small value of current flowing in the reverse direction is provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and duplicate descriptions are omitted.
図1は、真空蒸着装置の一例を模式的に示す図である。図1に示される真空蒸着装置10は、1又は複数の半導体レーザチップ42の端面48a上に保護膜58aを形成するためのものである。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a vacuum deposition apparatus. The
保護膜58aの材料としては、例えば、アルミニウム酸化物(Al2O3)、チタン酸化物(TiO2)、シリコン酸化物(SiO2)、ジルコニウム酸化物(ZrO2)、タンタル酸化物(Ta2O5)等の誘電体材料や、アモルファスシリコン等が挙げられる。
Examples of the material of the
真空蒸着装置10は、真空チャンバといったチャンバ12と、チャンバ12内に配置され電子ビームA1を出射する電子銃14と、電子銃14からの電子ビームA1が入射されるハース16とを備える。ハース16は、保護膜58aを形成するための蒸着材料を収容する。電子銃14からの電子ビームA1は、例えば磁界によって曲げられ、ハース16に入射する。ハース16に電子ビームA1が入射すると、電子ビームA1によってハース16中の蒸着材料が加熱される。その結果、ハース16中の蒸着材料が蒸発して、保護膜58aの原料となる原料ガスA2がハース16から放出される。チャンバ12内には、放出される原料ガスA2を必要に応じて遮断するためのシャッタ18が設けられていてもよい。
The
チャンバ12内には、例えばAr+等のイオンA3を出射するイオン銃20が配置されている。原料ガスA2及びイオンA3が半導体レーザチップ42の端面48aに到達すると、保護膜58aが形成される。
An
半導体レーザチップ42を支持するための治具40(支持体)は、ハース16及びイオン銃20に対向配置されている。治具40に代えて他の支持体を用いてもよい。治具40は、例えばドーム状の天板24に取り付けられている。天板24には、軸22の一端22aが取り付けられている。軸22の他端22bは、ジョイント機構36を介してチャンバ12に取り付けられている。軸22には、軸22を回転させるための駆動部34が接続されている。これにより、治具40は、軸22を回転軸として回転するので、保護膜58aの膜厚均一性が向上する。
A jig 40 (support) for supporting the
治具40には、熱電対38(温度センサ)が設置されている。熱電対38に代えて他の温度センサを用いてもよい。熱電対38は、天板24及び軸22に沿って延びていてもよい。熱電対38からの信号は、ジョイント機構36及び配線32bを介して制御部32に入力される。制御部32は、例えばコンピュータである。軸22が回転する場合、熱電対38と配線32bとがジョイント機構36を介して電気的に接続されているので、熱電対38は回転するが、配線32bは回転しない。ジョイント機構36は、例えば、熱電対38と配線32bとを電気的に接続するブラシを有する。制御部32は、配線32aを介してイオン銃20に電気的に接続されている。イオン銃20は、制御部32からの信号に応じてイオンA3を出射又は停止することができる。イオンA3が出射されると保護膜58aの形成が開始され、イオンA3の出射が停止されると保護膜58aの形成が終了する。
The
チャンバ12内には、保護膜58aの膜厚を測定するための膜厚測定器30が配置されていてもよい。膜厚測定器30は、例えば光学式の膜厚測定器である。膜厚測定器30は、天板24に対向配置されている。また、チャンバ12内には、保護膜58aの膜厚をモニタするための水晶振動子28が配置されていてもよい。水晶振動子28は、イオン銃20に対向配置されている。
In the
チャンバ12内には、例えば、チャンバ12内を加熱するための1又は複数のヒータ26が配置されている。図2は、複数のヒータ26の配置例を模式的に示す上面図である。ヒータ26は、チャンバ12の側壁に沿って互いに等間隔で配列されていることが好ましい。チャンバ12は、治具40を出し入れするためのドア部12aが設けられた側壁を有している。
In the
次に、実施形態に係る半導体レーザの製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体レーザの製造方法は、例えば、上述の真空蒸着装置10を用いることによって実施される。以下、図1〜図9を参照して、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法の一例として、半導体レーザ60(図9参照)の製造方法について説明する。例えば、以下の工程を順に経ることによって、半導体レーザ60が得られる。
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser according to the embodiment will be described. The semiconductor laser manufacturing method according to the present embodiment is implemented by using, for example, the above-described
(準備工程)
図3に示される半導体レーザチップ42を準備する。図3は、半導体レーザチップの一例を模式的に示す斜視図である。半導体レーザチップ42は、活性領域46と、活性領域46を覆うクラッド48とを有する。半導体レーザチップ42の一方の端面48a及び他方の端面48aには、活性領域46が露出している。半導体レーザチップ42は、例えば、化合物半導体基板上に複数の半導体層が積層された半導体ウェハを分割することによって得られる。具体的には、例えば、半導体ウェハをスクライブ(傷入れ)した後、劈開する。一実施例において、半導体レーザチップ42の形状は、縦300μm、横10mm、高さ100μmの直方体である。
(Preparation process)
A
(取り付け工程)
図4及び図5に示されるように、半導体レーザチップ42を治具40に取り付ける。図4は、半導体レーザチップが支持される支持体の一例を模式的に示す平面図である。図5は、図4に示される半導体レーザチップ及び支持体の一部の拡大斜視図である。治具40は、半導体レーザチップ42を収容するための凹部50aが形成されたベース部50と、凹部50a内に収容されると共に端面48aが露出するように半導体レーザチップ42を挟む複数のシリコン板56とを備える。凹部50a内には、半導体レーザチップ42及びシリコン板56が交互に配列されている。凹部50a内には、シリコン板56を介して半導体レーザチップ42を押圧する押圧部54が収容されている。その後、治具40を天板24に取り付ける。
(Installation process)
As shown in FIGS. 4 and 5, the
その後、必要に応じて、チャンバ12内の真空引きをスタートして所定の圧力に到達したときに、ヒータ26をオンにすると共に電子銃14から電子ビームA1を出射させ、ハース16内の蒸着材料を溶融させる。その後、電子ビームA1を停止する。
Thereafter, if necessary, when the vacuum in the
(加熱工程)
図1に示されるように、例えばヒータ26を用いて、半導体レーザチップ42を加熱する。治具40を加熱することによって半導体レーザチップ42を加熱してもよい。
(Heating process)
As shown in FIG. 1, the
(温度測定工程)
図1に示されるように、半導体レーザチップ42を支持する治具40に設置された熱電対38を用いて半導体レーザチップ42の温度を測定する。半導体レーザチップ42の温度は、制御部32によって熱電対38からの信号に基づいて算出される。熱電対38からの信号は、配線32aを介して制御部32に入力され記録される。
(Temperature measurement process)
As shown in FIG. 1, the temperature of the
図6は、半導体レーザチップ42の温度とヒータ26をオンにしてからの経過時間との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、ヒータ26をオンにしてからの経過時間(分)を示す。グラフの縦軸は、熱電対38によって測定される半導体レーザチップ42の温度(℃)を示す。グラフ中の実線T1は、半導体レーザチップ42の温度の経時変化を示す。グラフから分かるように、経過時間が40分になるまでは、時間の経過と共に半導体レーザチップ42の温度が上昇していくことが分かる。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the temperature of the
(保護膜形成工程)
図1及び図7に示されるように、半導体レーザチップ42の端面48a上に、電子ビームA1による真空蒸着法を用いて保護膜58aを形成する。図7は、端面上に保護膜が形成された半導体レーザチップの一例を模式的に示す斜視図である。真空蒸着法の中でも、電子ビームA1及びイオンA3の両方を用いるイオンアシスト蒸着法が好ましい。
(Protective film formation process)
As shown in FIGS. 1 and 7, a
ここで、半導体レーザチップ42の温度が所定の温度以上となったときに、保護膜58aの形成を開始する。例えば、イオン銃20からイオンA3を出射させることによって、保護膜58aの形成を開始する。図6に示される例においては、半導体レーザチップ42の温度が240℃以上となったときに、保護膜58aの形成を開始することが好ましい。
Here, when the temperature of the
保護膜58aの材料がアルミニウム酸化物(Al2O3)又はチタン酸化物(TiO2)の場合、所定の温度は、240℃以上400℃以下であることが好ましい。所定の温度が240℃未満であると、得られる半導体レーザ60において逆方向に流れる電流の値が大きくなる傾向にある。一方、所定の温度が400℃を超えると、保護膜58aの膜質が変質する傾向にある。
When the material of the
図8に示されるように、保護膜58aの形成と同様の方法を用いて、半導体レーザチップ42の端面48b上に保護膜58bを形成する。図8は、両方の端面上に保護膜が形成された半導体レーザチップの一例を模式的に示す斜視図である。
As shown in FIG. 8, the
(切断工程)
隣り合う活性領域46を互いに分離するように引かれた分割線CLに沿って、半導体レーザチップ42を分割する。具体的には、例えば、半導体レーザチップ42をスクライブ(傷入れ)した後、劈開する。
(Cutting process)
The
以上の工程を経ることによって、図9に示されるように、半導体レーザ60が得られる。図9は、半導体レーザの一例を模式的に示す斜視図である。図9に示される半導体レーザ60は、保護膜58a及び保護膜58bからそれぞれ形成される保護膜58ap及び保護膜58bpと、クラッド48から形成されるクラッド48pとを備える。半導体レーザ60のレーザ光Lは、例えば保護膜58bpを通って外部に出射される。この場合、保護膜58bpは低反射膜となり、保護膜58apは高反射膜となる。
Through the above steps, a
本実施形態の半導体レーザの製造方法によれば、半導体レーザチップ42の温度が十分高くなってから保護膜58a及び保護膜58bの形成を開始することができる。高温で保護膜を形成すると、半導体レーザチップの端面に酸化膜が形成されることによって、逆方向に流れる電流が増加すると予測される。しかしながら、この予測に反して本実施形態では、詳細なメカニズムは不明であるが、逆方向に流れる電流の値が小さい半導体レーザ60が得られる。メカニズムとしては、例えば、半導体レーザチップ42の端面48aに付着した水分や堆積物が除去されることが考えられる。その結果、半導体レーザ60のESD耐性は向上する。
According to the semiconductor laser manufacturing method of the present embodiment, the formation of the
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment.
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.
(実施例1)
半導体レーザチップを治具に固定し、その治具を真空蒸着装置に取り付けた。続いて、治具に設置された熱電対を用いて、半導体レーザチップの温度を測定した。この温度が250℃になったときにAl2O3膜の形成を開始した。このようにして、半導体レーザチップの両方の端面上にAl2O3膜を形成した。成膜時のチャンバ内の圧力は1×10−2Paであった。さらに、スクライブ装置を用いて半導体レーザチップをスクライブした後、劈開して実施例1の半導体レーザを作製した。
(Example 1)
The semiconductor laser chip was fixed to a jig, and the jig was attached to a vacuum deposition apparatus. Then, the temperature of the semiconductor laser chip was measured using the thermocouple installed in the jig. When this temperature reached 250 ° C., formation of the Al 2 O 3 film was started. In this manner, Al 2 O 3 films were formed on both end faces of the semiconductor laser chip. The pressure in the chamber at the time of film formation was 1 × 10 −2 Pa. Further, the semiconductor laser chip was scribed using a scribing device, and then cleaved to produce the semiconductor laser of Example 1.
(実施例2)
別の種類のスクライブ装置を用いたこと以外は実施例1と同様にして実施例2の半導体レーザを作製した。
(Example 2)
A semiconductor laser of Example 2 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that another type of scribe device was used.
(比較例1)
半導体レーザチップの温度が230℃になったときにAl2O3膜の形成を開始したこと以外は実施例2と同様にして比較例1の半導体レーザを作製した。
(Comparative Example 1)
A semiconductor laser of Comparative Example 1 was fabricated in the same manner as in Example 2 except that the formation of the Al 2 O 3 film was started when the temperature of the semiconductor laser chip reached 230 ° C.
(評価結果)
実施例1、実施例2及び比較例1の半導体レーザについて、それぞれ、逆方向に流れる電流と電圧との関係(I−V特性)を算出した。
(Evaluation results)
For the semiconductor lasers of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, the relationship (IV characteristics) between the current flowing in the opposite direction and the voltage was calculated.
図10は、半導体レーザの逆方向に流れる電流と電圧との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、半導体レーザの逆方向に印加される電圧Vr(V)を示す。グラフの縦軸は、半導体レーザの逆方向に流れる電流Ir(A)を示す。グラフ中の実線I1は、実施例1の半導体レーザのI−V特性を示す。グラフ中の実線I2は、実施例2の半導体レーザのI−V特性を示す。グラフ中の実線I3は、比較例1の半導体レーザのI−V特性を示す。グラフから分かるように、同一電圧において、実施例1及び実施例2における電流値が比較例1における電流値よりも小さいことが分かる。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the current flowing in the reverse direction of the semiconductor laser and the voltage. The horizontal axis of the graph indicates the voltage V r (V) applied in the reverse direction of the semiconductor laser. The vertical axis of the graph represents current I r (A) flowing in the reverse direction of the semiconductor laser. A solid line I1 in the graph indicates the IV characteristic of the semiconductor laser of Example 1. A solid line I2 in the graph indicates the IV characteristic of the semiconductor laser of Example 2. A solid line I3 in the graph indicates the IV characteristic of the semiconductor laser of Comparative Example 1. As can be seen from the graph, at the same voltage, the current value in Example 1 and Example 2 is smaller than the current value in Comparative Example 1.
実施例1、実施例2及び比較例1の半導体レーザをそれぞれ10個ずつ作製して、電圧Vrが例えば−2.0Vのときの電流Irの平均値及び標準偏差を算出した。実施例1における電流Irの平均値は6.2nAであり、標準偏差は0.8nAであった。実施例2における電流Irの平均値は6.7nAであり、標準偏差は1.7nAであった。比較例1における電流Irの平均値は11.1nAであり、標準偏差は3.6nAであった。 Example 1, to prepare a semiconductor laser of Example 2 and Comparative Example 1 by 10, respectively, to calculate the average value and standard deviation of the current I r in the case of the voltage V r for example -2.0 V. The average value of the current I r in the first embodiment is 6.2NA, the standard deviation was 0.8 nA. The average value of the current I r in the second embodiment is 6.7NA, standard deviation was 1.7NA. The average value of the current I r in Comparative Example 1 is 11.1NA, standard deviation was 3.6NA.
12…チャンバ、38…熱電対(温度センサ)、40…治具(支持体)、42…半導体レーザチップ、48a,48b…半導体レーザチップの端面、58a,58b…保護膜、60…半導体レーザ、A1…電子ビーム。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記半導体レーザチップを加熱する工程と、
前記支持体に設置された温度センサを用いて前記半導体レーザチップの温度を測定する工程と、
前記半導体レーザチップの端面上に、電子ビームによる真空蒸着法を用いて保護膜を形成する工程と、
を含み、
前記半導体レーザチップの温度が所定の温度以上となったときに前記保護膜の形成を開始する、半導体レーザの製造方法。 Attaching a semiconductor laser chip to a support installed in the chamber;
Heating the semiconductor laser chip;
Measuring the temperature of the semiconductor laser chip using a temperature sensor installed on the support;
Forming a protective film on the end face of the semiconductor laser chip using a vacuum deposition method using an electron beam;
Including
A method of manufacturing a semiconductor laser, wherein the formation of the protective film is started when the temperature of the semiconductor laser chip becomes equal to or higher than a predetermined temperature.
The method for manufacturing a semiconductor laser according to claim 1, wherein the predetermined temperature is 240 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
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