JP2008282868A - Method for manufacturing semiconductor laser element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser device.
従来の半導体レーザ素子として、基板の一面側に半導体メサ部を含む多層半導体構造を形成し、多層半導体構造の表面に例えばTi、Pt、Auといった金属電極層を形成したものがある。このような半導体レーザ素子では、例えばAuめっきをマスクとしたドライエッチングによって、多層半導体構造の表面に金属電極層の電極パターンを形成していた。一方、例えばへき開によって多層半導体構造をチップごとに分割する際、容易に分割できるように、分割線の近傍にはAuめっきが存在しないようになっていた。 As a conventional semiconductor laser element, there is one in which a multilayer semiconductor structure including a semiconductor mesa portion is formed on one side of a substrate, and a metal electrode layer such as Ti, Pt, or Au is formed on the surface of the multilayer semiconductor structure. In such a semiconductor laser element, the electrode pattern of the metal electrode layer is formed on the surface of the multilayer semiconductor structure by dry etching using, for example, Au plating as a mask. On the other hand, when the multilayer semiconductor structure is divided for each chip by cleavage, for example, there is no Au plating in the vicinity of the dividing line so that it can be easily divided.
ところが、分割線の近傍にAuめっきが存在しない場合、エッチングによって当該部分の金属電極層が除去されてしまうこととなる。そのため、へき開後の半導体素子の端面(へき開面)付近では、注入される電流量が不十分となり、半導体レーザ素子の発光効率が低下するという問題があった。そこで、例えば特許文献1に記載の半導体素子の製造方法では、金属電極層をエッチングによって除去する際に、分割線の近傍をAu層で被覆し、当該部分に相当する多層半導体構造の表面にTi層及びPt層を残すようにしている。
しかしながら、上述した特許文献1に係る半導体素子の製造方法では、分割線の近傍に被膜されたAu層は、Pt層のエッチングと並行してエッチングされている。そのため、Au層は、Auめっきに対応する部分にのみ存在し、へき開面付近には存在していない。したがって、へき開面付近においては、多層半導体構造を覆う金属電極層の厚さを確保できず、注入される電流量が依然として不十分となるため、半導体レーザ素子の発光効率を向上させることが困難であった。
However, in the semiconductor element manufacturing method according to
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、容易に多層半導体構造を分割することができ、かつ発光効率の向上を図ることができる半導体レーザ素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method for manufacturing a semiconductor laser device that can easily divide a multilayer semiconductor structure and can improve luminous efficiency. Objective.
上記課題の解決のため、本発明に係る半導体レーザの製造方法は、半導体基板の一面側に、半導体メサ部を含む多層半導体構造を形成する工程と、多層半導体構造の表面に、半導体メサ部を露出させるストライプ状の第1開口部を有する誘電体層を形成する工程と、誘電体層の表面、及び第1開口部の内部に下地電極層を形成する工程と、第1開口部に対応する第2開口部を有し、当該第2開口部の開口面積が下地電極層側に向かって徐々に小さくなるように第2開口部の内壁が傾斜しているレジスト層を下地電極層の表面に形成する工程と、レジスト層をマスクとして用い、その周縁部が庇となるように下地電極層の表面にめっき電極層を形成する工程と、めっき電極層をマスクとして用い、下地電極層をエッチングする工程と、多層半導体構造の積層方向から見て、庇と重なる位置に分割線を設定し、当該分割線に沿って半導体基板の他面側からへき開して多層半導体構造を分割する工程と、を備えたことを特徴としている。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser manufacturing method according to the present invention includes a step of forming a multilayer semiconductor structure including a semiconductor mesa portion on one side of a semiconductor substrate, and a semiconductor mesa portion on the surface of the multilayer semiconductor structure. Corresponding to a step of forming a dielectric layer having a striped first opening to be exposed, a step of forming a base electrode layer on the surface of the dielectric layer and inside the first opening, and the first opening A resist layer having a second opening and having an inclined inner wall of the second opening is formed on the surface of the base electrode layer so that the opening area of the second opening gradually decreases toward the base electrode layer. A step of forming, a step of forming a plating electrode layer on the surface of the base electrode layer so that a peripheral portion thereof is a ridge using the resist layer as a mask, and a step of etching the base electrode layer using the plating electrode layer as a mask Process and multilayer semiconductor And a step of setting a dividing line at a position overlapping with the ridge when viewed from the stacking direction of the structure, and cleaving from the other surface side of the semiconductor substrate along the dividing line to divide the multilayer semiconductor structure. It is said.
この半導体レーザ素子の製造方法では、下地電極層のエッチングを行う際に、周縁部が庇となるように形成しためっき電極層をマスクとして用いている。したがって、めっき電極層の庇の部分では、下地電極層はエッチングされずにそのまま残ることとなる。その後、多層半導体構造の積層方向から見て庇と重なる位置に設定した分割線に沿ってへき開を行うことにより、多層半導体構造を覆う下地電極層の厚さをへき界面に至るまでほぼ等厚にすることが可能となる。これにより、多層半導体構造に注入される電流量を十分に確保でき、半導体レーザ素子の発光効率の向上が図られる。また、上記の分割線に沿って半導体基板の他面側からへき開を行うことで、めっき電極層までへき界面を伸ばすことなく、多層半導体構造を分割することができる。したがって、容易に多層半導体構造を分割することができる。 In this method of manufacturing a semiconductor laser device, when the base electrode layer is etched, a plating electrode layer formed so that the peripheral edge is a ridge is used as a mask. Therefore, the base electrode layer remains without being etched at the ridge portion of the plating electrode layer. Then, by cleaving along the dividing line set at a position overlapping with the ridges when viewed from the stacking direction of the multilayer semiconductor structure, the thickness of the base electrode layer covering the multilayer semiconductor structure is made substantially equal to the cleavage interface. It becomes possible to do. Thereby, a sufficient amount of current injected into the multilayer semiconductor structure can be ensured, and the light emission efficiency of the semiconductor laser device can be improved. Further, by cleaving from the other surface side of the semiconductor substrate along the dividing line, the multilayer semiconductor structure can be divided without extending the cleavage interface to the plating electrode layer. Therefore, the multilayer semiconductor structure can be easily divided.
また、庇の幅は、10μm以上であることが好ましい。へき開精度を考慮し、庇の幅が10μm以上あれば、多層半導体構造の積層方向から見て庇と重なる位置に設定した分割線に沿って容易にへき開を行うことができる。 The width of the ridge is preferably 10 μm or more. In consideration of cleavage accuracy, if the width of the ridge is 10 μm or more, the cleavage can be easily performed along a dividing line set at a position overlapping with the ridge when viewed from the stacking direction of the multilayer semiconductor structure.
また、庇の幅は、20μm以下であることが好ましい。庇の幅が20μmを超えると、めっき電極層の内部応力が多層半導体構造に過剰に作用し、信頼性を低下させる要因となり得る。したがって、庇の幅を上記幅以下とすることで、素子の信頼性が担保される。 The width of the ridge is preferably 20 μm or less. When the width of the ridge exceeds 20 μm, the internal stress of the plating electrode layer acts excessively on the multilayer semiconductor structure, which may be a factor of reducing reliability. Therefore, the reliability of an element is ensured by making the width | variety of a ridge or less into the said width | variety.
また、下地電極層及びめっき電極層は、分割線の方向に突出するパッド電極部を有しており、多層半導体構造は、分割線を挟んで隣接する多層半導体構造との間でパッド電極部の突出方向が互いに反対向きになるように半導体基板上に配列されていることが好ましい。このような配列により、チップの収率を確保できる。 In addition, the base electrode layer and the plating electrode layer have a pad electrode portion protruding in the direction of the dividing line, and the multilayer semiconductor structure has a pad electrode portion between the adjacent multilayer semiconductor structure with the dividing line interposed therebetween. It is preferable to arrange on the semiconductor substrate so that the protruding directions are opposite to each other. Such an arrangement can ensure the yield of the chip.
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、容易に素子部を分離することができ、かつ半導体レーザ素子の発光効率の向上を図ることができる。 According to the semiconductor laser device manufacturing method of the present invention, the element portion can be easily separated and the light emission efficiency of the semiconductor laser device can be improved.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を用いて製造される半導体レーザ素子の一例を示す図である。図1(a)は、半導体レーザの平面図、図1(b)は、図1(a)におけるA−A切断面図、図1(c)は、図1(a)におけるB−B切断面図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a semiconductor laser device manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. 1A is a plan view of the semiconductor laser, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG.
図1(a)〜図1(c)に示す半導体レーザ素子1は、量子井戸構造のサブバンド間遷移によって生成した光を出力する素子であり、光通信用の光源や分光分析用の光源として利用されるものである。半導体レーザ素子1は、半導体基板2と、半導体基板2の一面側に形成された多層半導体構造3と、多層半導体構造3の表面に形成された下地電極層4と、下地電極層4の表面に形成されためっき電極層5と、裏面電極層6とを備えている。
A
半導体基板2は、例えばSnがドープされたn型InP基板である。半導体基板2の不純物濃度は、約3e+18cm−3となっており、半導体基板2の厚みは、約100μmとなっている。
The
多層半導体構造3は、半導体メサ部10、及び埋め込み層11によって構成されている。半導体メサ部10は、半導体基板2に対して高さ4μm程度の隆起状に形成され、半導体基板2側から順に、バッファ層20、下部光閉じ込め層21、活性層22、上部光閉じ込め層23、クラッド層24、中間層25、及びコンタクト層26が積層されている。
The
バッファ層20は、例えばSiがドープされたn型InP層である。バッファ層20の不純物濃度は、約8e+17cm−3となっており、バッファ層20の厚みは、約0.5μmとなっている。下部光閉じ込め層21は、例えばアンドープのInGaAsP層である。活性層22は、例えばInGaAsP層である。上部光閉じ込め層23は、例えばアンドープのInGaAsP層である。
The
クラッド層24は、例えばZnがドープされたp型InP層である。クラッド層24の不純物濃度は、約1e+18cm−3となっており、クラッド層24の厚みは、約2.0μmとなっている。中間層25は、例えばZnがドープされたp型InGaAsP層である。
The
中間層25の不純物濃度は、約5e+18cm−3となっており、中間層25の厚みは、約0.1μmとなっている。コンタクト層26は、例えばZnがドープされたp型InGaAs層である。コンタクト層26の不純物濃度は、約1e+19cm−3となっており、コンタクト層26の厚みは、約0.2μmとなっている。
The impurity concentration of the
埋め込み層11は、例えばFeがドープされたInP層である。埋め込み層11は、半導体メサ部10の両側にそれぞれ形成されており、多層半導体構造3は、埋め込み層11によって半導体メサ部10を埋め込むことでプレーナ型となっている。
The buried
多層半導体構造3の表面には、例えばSiO2からなる絶縁層30が形成されている。絶縁層30は、例えば厚さ約0.4μm程度に形成され、半導体メサ部10を露出させるストライプ状の開口部30aを有している。開口部30aの幅は、例えば3μm程度である。
An insulating
下地電極層4は、多層半導体構造3側から順に、Ti層41、Pt層42、及びAu層43が積層されて構成されている。下地電極層4は、幅約3μm程度のストライプ状をなしており、絶縁層30の開口部30aを塞ぐようにして、半導体レーザ素子1における半導体メサ部10の長手方向に対応する両端面1a,1aに至るまでほぼ等厚で延在している。
The
Ti層41は、開口部30aを塞ぐように、例えば厚さ約500Å程度に形成され、開口部30aに露出する多層半導体構造3の表面に接触するように、開口部30aの内部にも形成されている。Pt層42は、例えば厚さ約500Å程度に形成されている。Au層43は、例えば厚さ約2000Å程度に形成されている。
The
めっき電極層5は、例えばAuめっきであり、厚さ約10μm程度に形成されている。めっき電極層5は、幅約3μm程度のストライプ状をなしており、めっき電極層5の長手方向の両端部5a,5aは、半導体レーザ素子1の両端面1a,1aよりも数μm程度突出した状態となっている。
The
めっき電極層5における下地電極層4側の周縁部には、めっき電極層5の断面積が下地電極層4側に向かって徐々に小さくなるように、約45°の傾斜面5bが形成されている。このような構成により、下地電極層4の表面にはめっき電極層5による庇7が形成されており、下地電極層4の表面と、めっき電極層5による庇7との間には、空隙Sが存在している。積層方向から見て、めっき電極層5の長手方向の両端に形成された庇7の幅は、例えば10μm程度となっている。
An
また、図1(a)に示すように、下地電極層4及びめっき電極層5は、絶縁層30の表面において開口部30aと直交する方向に突出し、パッド電極部8を構成している。このようなパッド電極部8を電流注入部とすることにより、半導体メサ部10への熱の影響を小さくすることができる。
Further, as shown in FIG. 1A, the
裏面電極層6は、半導体基板2の他面側に形成されている。裏面電極層6は、半導体基板2側から順に、厚さ約200ÅのAuGeNi層、厚さ約200ÅのAu層、厚さ約500ÅのTi層、厚さ約500ÅのPt層、及び厚さ約8000ÅのAu層が積層されて構成されている。
The
続いて、上述した半導体レーザ素子1の製造方法について、図2〜図7を参照しながら説明する。各図において、(a)は平面図、(b)は(a)におけるA−A切断面図、(c)は(a)におけるB−B切断面図である。なお、説明の便宜上、一の素子に着目して製造工程を説明するが、実際には、ウエハ上に複数の素子がマトリクス状に配列されている(図8参照)。
Then, the manufacturing method of the
まず、図2(a)〜図2(c)に示すように、Snがドープされたn型InPからなる半導体基板2を用意する。そして、例えばMOCVD法により、半導体基板2の一面側に、バッファ層20、下部光閉じ込め層21、活性層22、上部光閉じ込め層23、クラッド層24、中間層25、及びコンタクト層26を順次積層する。
First, as shown in FIGS. 2A to 2C, a
次に、コンタクト層26の表面全面に、例えばSiNからなる絶縁層を積層する。フォトリソグラフィーにより、SiNの絶縁層を幅1.5μm程度のストライプ状に形成する。そして、ストライプ状の絶縁層をマスクとして、例えばSiCl4などのガスを用いたドライエッチングを行うことにより、高さ4μm程度の半導体メサ部10を形成する。
Next, an insulating layer made of, for example, SiN is stacked on the entire surface of the
半導体メサ部10を形成した後、所定のウエットエッチングにより、ドライエッチング時に形成された変性層を除去する。変性層を除去した後、例えばMOCVD法により、半導体メサ部10の両側に埋め込み層11をそれぞれ積層する。その後、ウエットエッチングによってSiNの絶縁層を除去することにより、半導体基板2の一面側に多層半導体構造3が形成される。
After the
次に、多層半導体構造3の表面全面に、例えばSiO2からなる絶縁層30を4000Å程度積層する。また、絶縁層30の表面にレジスト層を形成する。そして、このレジスト層をマスクとしたフォトリソグラフィーにより、絶縁層30に幅3μm程度のストライプ状の開口部(第1開口部)30aを形成し、半導体メサ部10を露出させる。半導体メサ部10を露出させた後、図3(a)〜図3(c)に示すように、開口部30aを覆うようにTi層41、Pt層42、及びAu層43を順次蒸着させる。その後、約400℃の温度で約3分間の熱処理を行う。
Next, an insulating
次に、図4(a)〜図4(c)に示すように、例えばフォトリソグラフィーにより、Au層43の表面全面に厚さ15μm程度のレジスト層51を形成する。そして、約90℃の温度で約1分間の熱処理を行い、i線のコンタクトアライナーを用いて約30秒の露光を行う。露光後、所定のフォトレジスト現像液を用いて現像を行い、さらに、約90℃の温度で約1分間の熱処理を行う。
Next, as shown in FIGS. 4A to 4C, a resist
これにより、レジスト層51において、絶縁層30の開口部30aに対応する位置には、開口面積が下地電極層4側に向かって徐々に小さくなるように内壁52が約45°傾斜している開口部(第2開口部)51aが形成される。また、開口部51aの略中央部には、パッド電極部8に対応する開口部51bも併せて形成される。
As a result, in the resist
レジスト層51を形成した後、図5(a)〜図5(c)に示すように、亜硫酸金ナトリウムが含有されたノンシアン系弱アルカリ性光沢金めっき液中にウエハを浸漬させ、所定の電界をかける。そして、レジスト層51をマスクとして、下地電極層4の表面に厚さ10μm程度のめっき電極層5を形成する。
After forming the resist
このとき、レジスト層51の開口部51aの内壁52は、上述の傾斜を有しているため、レジスト層51の内壁52に対応する部分では、めっき電極層5も傾斜して形成される。これにより、めっき電極層5における下地電極層4側の周縁部には、めっき電極層5の断面積が下地電極層4側に向かって徐々に小さくなるように、約45°の傾斜面5bが形成される。
At this time, since the
めっき電極層5を形成した後、図6(a)〜図6(c)に示すように、有機溶剤等を用いてレジスト層51を除去すると、下地電極層4の表面には、めっき電極層5による庇7が形成され、下地電極層4の表面とめっき電極層5による庇7との間には、空隙Sが形成される。積層方向から見て、めっき電極層5の長手方向の両端に形成された庇7の幅は、例えば10μm程度となっている。
After the
次に、図7(a)〜図7(c)に示すように、めっき電極層5をマスクとし、Au層43及びPt層42を例えばArガスによってドライエッチングする。また、Ti層41をCF4ガスでドライエッチングする。この下地電極層4のドライエッチングは、例えば圧力1.0Pa、ガス流量30sccm、RFパワー100Wの条件下で行う。また、Au層43、Pt層42、Ti層41のエッチングレートは、それぞれ例えば150Å/min、100Å/min、100Å/minとする。
Next, as shown in FIGS. 7A to 7C, the
次に、半導体基板2を石英基板に貼り付け、半導体基板2の他面側を研磨して100μm程度にまで薄くする。また、半導体基板2の他面側に裏面電極層6を形成し、約350℃の温度で約1分間の熱処理を行う。そして、図8に示すように、積層方向から見て、めっき電極層5の庇7と重なる位置に分割線Dを設定し、例えばスクライバによってウエハ端部における分割線Dの延長線上に、スクライブ傷Eをそれぞれ形成する。
Next, the
スクライブ傷Eを形成した後、図9に示すように、裏面電極層6が上面側となるように、ウエハをへき開装置60上に載置する。へき開装置60の上面側には、分割線Dに沿って延びる凹部60aが設けられており、凹部60aの底面には、スクライブ傷Eを確認するためのカメラが設置されている。また、へき開装置60の上方には、へき開用ブレード61がセットされている。
After forming the scribe flaw E, as shown in FIG. 9, the wafer is placed on the cleaving device 60 so that the
そして、カメラによってスクライブ傷Eとへき開用ブレード61との位置を凹部60a上にて合わせた状態で、へき開用ブレード61をウエハに押し付けることにより、分割線Dに沿って半導体基板2の他面側からへき開を行う。この後、分割線Dに直交する方向についても、同様のへき開を行うことにより、多層半導体構造3がチップごとに分割され、図1に示した半導体レーザ素子1が完成する。
Then, by pressing the
以上説明したように、この半導体レーザ素子の製造方法では、下地電極層4のエッチングを行う際に、その周縁部が庇7となるように形成しためっき電極層5をマスクとして用いている。したがって、めっき電極層5の庇7の部分では、下地電極層4はエッチングされずにそのまま残ることとなる。その後、積層方向から見て庇7と重なる位置に設定した分割線Dに沿ってへき開を行うことにより、半導体レーザ素子1における半導体メサ部10の長手方向に対応する両端面1a,1aに至るまで、下地電極層4をほぼ等厚で延在させることが可能となる。
As described above, in this method of manufacturing a semiconductor laser element, when the
これにより、多層半導体構造3に注入される電流量を十分に確保でき、半導体レーザ素子1の発光効率の向上が図られる。また、上記の分割線Dに沿って半導体基板2の他面側からへき開を行うことで、へき界面が半導体基板2の他面側から下地電極層4の表面まで到達した段階で、多層半導体構造3を分割することができる。このように、めっき電極層5までへき界面を伸ばす必要がないことから、多層半導体構造3を容易に分割することができる。
Thereby, a sufficient amount of current injected into the
また、この半導体レーザ素子1の製造方法では、庇7の幅は、10μm以上20μm以下となっている。例えばスクライバによるへき開精度は、±5.0μm程度であるため、庇7の幅が10μm以上あれば、積層方向から見て庇7と重なる位置に設定した分割線Dに沿って容易にへき開を行うことができる。一方、庇7の幅が20μmを超えると、めっき電極層5の内部応力が多層半導体構造3に過剰に作用し、半導体レーザ素子1の信頼性を低下させる要因となり得る。したがって、庇7の幅を20μm以下とすることで、半導体レーザ素子1の信頼性が担保される。
Further, in the manufacturing method of the
さらに、この半導体レーザ素子の製造方法では、下地電極層4及びめっき電極層5は、分割線Dの方向に突出するパッド電極部8を有しており、多層半導体構造3は、分割線Dを挟んで隣接する多層半導体構造3との間でパッド電極部8の突出方向が互いに反対向きになるように半導体基板2上に配列されている(図8参照)。このような配列により、チップの収率を確保できる。
Further, in this method of manufacturing a semiconductor laser device, the
1…半導体レーザ素子、2…半導体基板、3…多層半導体構造、4…下地電極層、5…めっき電極層、7…庇、8…電極パッド部、11…半導体メサ部、30…絶縁層(誘電体層)、30a…開口部(第1開口部)、51…レジスト層、51a…開口部(第2開口部)、52…内壁、D…分割線。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記多層半導体構造の表面に、前記半導体メサ部を露出させるストライプ状の第1開口部を有する誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層の表面、及び前記第1開口部の内部に下地電極層を形成する工程と、
前記第1開口部に対応する第2開口部を有し、当該第2開口部の開口面積が前記下地電極層側に向かって徐々に小さくなるように前記第2開口部の内壁が傾斜しているレジスト層を前記下地電極層の表面に形成する工程と、
前記レジスト層をマスクとして用い、その周縁部が庇となるように前記下地電極層の表面にめっき電極層を形成する工程と、
前記めっき電極層をマスクとして用い、前記下地電極層をエッチングする工程と、
前記多層半導体構造の積層方向から見て、前記庇と重なる位置に分割線を設定し、当該分割線に沿って前記半導体基板の他面側からへき開して前記多層半導体構造を分割する工程と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 Forming a multilayer semiconductor structure including a semiconductor mesa portion on one surface side of the semiconductor substrate;
Forming a dielectric layer having a stripe-shaped first opening exposing the semiconductor mesa portion on the surface of the multilayer semiconductor structure;
Forming a base electrode layer on the surface of the dielectric layer and inside the first opening;
A second opening corresponding to the first opening, and the inner wall of the second opening is inclined so that the opening area of the second opening gradually decreases toward the base electrode layer side. Forming a resist layer on the surface of the base electrode layer;
Using the resist layer as a mask, and forming a plating electrode layer on the surface of the base electrode layer so that a peripheral edge thereof is a ridge;
Etching the base electrode layer using the plating electrode layer as a mask;
Setting a dividing line at a position overlapping with the ridges when viewed from the stacking direction of the multilayer semiconductor structure, cleaving from the other surface side of the semiconductor substrate along the dividing line, and dividing the multilayer semiconductor structure; A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising:
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