JP2017123441A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ウエハの割れとレーザバーの反りを抑制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。【解決手段】中央部と該中央部を囲む外周部を有するウエハの該中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、該外周部の下面に格子状の溝を有するめっき層を形成し、該中央部の下面には該該めっき層を形成しないめっき工程と、該中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、該レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光ネットワークで用いられる半導体レーザ素子の製造方法に関する。

近年、大容量データを通信するための超高速かつ大容量で高効率な光ネットワークのインフラ整備が、幹線系及びアクセス系で必要になっている。その光源となる半導体レーザ素子には高速化が求められている。半導体レーザ素子を高速化させるためには緩和振動周波数を改善させる必要がある。緩和振動周波数は、電気波形に対してレーザ光が追随できるかを示す指標であり、短共振器化することで改善できる。

特許文献１には、半導体レーザ素子の製造方法が開示されている。この製造方法では、ウエハをへき開してチップが横一列に並ぶバーを形成し、その後、バーを割り出すことで半導体レーザ素子を形成する。

特開平６−２９５８４８号公報

半導体レーザ素子を複数形成したウエハには電極が形成される。そして、当該ウエハをバー状に加工する。バー状に加工されたものをレーザバーという。レーザバーを個片化することで、個々の半導体レーザ素子を得ることができる。なお、半導体レーザ素子とはレーザダイオードのことである。

共振器長の短い半導体レーザ素子を製造する場合、レーザバーが反りやすい。例えば、共振器長を１５０μｍと短くした場合には、へき開後のレーザバーが１００μｍ以上反る。レーザバーが反ると、レーザバーを割って半導体レーザ素子を得る際に、半導体レーザ素子が形成されたチップが飛散しやすくなってしまう。

レーザバーの反り量を減らすにはウエハ下面側のメッキを無くすのが有効であるが、そうするとウエハが割れやすくなるという新たな問題が発生してしまう。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ウエハの割れとレーザバーの反りを抑制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。

本願の発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、中央部と該中央部を囲む外周部を有するウエハの該中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、該外周部の下面に格子状の溝を有するめっき層を形成し、該中央部の下面には該めっき層を形成しないめっき工程と、該中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、該レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、を備えたことを特徴とする。

本願の発明に係る他の半導体レーザ素子の製造方法は、中央部と該中央部を囲む外周部を有するウエハの該中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、該中央部の下面をウェットエッチングし該外周部の下面をウェットエッチングしないことで、該中央部を該外周部より薄くするとともに、該中央部と該外周部の境界に該ウエハの上面方向に伸びるトレンチを形成するウェットエッチング工程と、該中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、該レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、を備え、該レーザバー工程では、該トレンチに沿って該ウエハを割ることを特徴とする。

本発明によれば、溝を有するめっき層を半導体レーザ素子が形成されていない部分である外周部に形成したり、外周部の厚みを維持したままへき開を容易にするトレンチを形成したりするので、ウエハの割れとレーザバーの反りを抑制できる。

ウエハの下面構造を示す図である。 半導体レーザ素子の断面図である。 へき開位置を示す図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法で形成するトレンチを示す図である。 電極を形成したことを示す図である。

本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法では、まず、ウエハに複数の半導体レーザ素子を形成する。図１は、ウエハ１０の下面構造を示す図である。図１のうち、上方にあるのはウエハ１０の底面図であり、下方にあるのはＡ−Ａ´線における断面図である。ウエハ１０は、中央部１２と、中央部１２を囲む外周部１４を有している。中央部１２は一点鎖線で囲まれた領域である。中央部１２に複数の半導体レーザ素子を形成する。この工程を、素子形成工程と称する。

図２は、素子形成工程後の中央部１２の一部断面図である。素子形成工程では、半導体プロセスを用いて図２に示される半導体レーザ素子を形成する。この半導体レーザ素子について説明する。半導体基板２０の上に第１導電型の下部クラッド層２２、活性層２３及び第２導電型の上部クラッド層２４が積層されたメサストライプ構造がある。このメサストライプ構造の左右に第１導電型の層３０、第２導電型の層３２及び第１導電型の層３４を積層した電流ブロック層がある。

メサストライプ構造及び電流ブロック層の上部に第２導電型のコンタクト層４０がある。メサストライプ構造の左右に半導体基板２０まで達する溝４２がある。活性層２３上部のコンタクト層４０を露出させつつメサストライプ構造を覆う絶縁膜５０が形成されている。この絶縁膜５０は、メサストライプ構造に加えて、溝４２の底面と、溝４２を介してメサストライプ構造を挟む電流ブロック層とを覆う。活性層２３の上部のコンタクト層４０に接する電極５３が形成されている。また、半導体基板２０の下面に第１導電型の電極５４が形成されている。

中央部１２にはこのような半導体レーザ素子が複数形成される。なお、半導体レーザ素子の具体的構成は図２に示すものに限定されず、周知のあらゆる構成を採用することができる。

次いで、めっき工程に処理を進める。めっき工程ではウエハ１０の下面にめっき層を形成する。具体的には、図１に示されるように、外周部１４の下面に格子状の溝１５ａを有するめっき層１５を形成し、中央部１２の下面にはめっき層１５を形成しない。めっき層１５は、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ｐｄ又はＮｉを材料とする。溝１５ａが形成された部分にはめっきがないことが望ましいが、若干のめっきがあってもよい。

溝１５ａは、ウエハ１０の結晶方向と非平行に形成する。つまり、溝１５ａは、ウエハ１０のオリフラ１０ａと平行にも垂直にもならないようにする。溝１５ａは、ウエハ１０の結晶方向に対して４５°の角度で形成されることが望ましい。「結晶方向」というのは、ウエハ１０をへき開する方向のことである。

めっき層１５には、めっき工程において、切断用溝１５ｂを形成することが好ましい。切断用溝１５ｂは、ウエハ１０の結晶方向と平行に形成する。つまり、切断用溝１５ｂは、ウエハ１０のオリフラ１０ａと平行又は垂直な溝である。図１には、溝１５ａよりも細く形成された切断用溝１５ｂが示されている。

次いで、レーザバー工程に処理を進める。レーザバー工程では、中央部１２の一部を切断してレーザバーを形成する。より具体的に言えば、レーザバー工程では、中央部１２に形成された半導体レーザ素子をレーザバーとなるようにへき開することで、外周部１４から切り出す。レーザバーとは、半導体レーザ素子がアレイ状に複数配置されたバーである。図３は、へき開位置の例を示す図である。例えば一点鎖線に沿ってウエハ１０をへき開することで複数のレーザバーを作成する。レーザバーの幅は、半導体レーザ素子の共振器長と等しい。本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子の共振器長は、例えば１５０μｍ以下とする。

このレーザバー工程において、前述の切断用溝１５ｂに沿ってウエハを切断すると、めっき層１５がない分へき開がスムーズになる。なお、切断用溝１５ｂを形成しなかった場合はこの限りではない。

次いで、個片化工程に処理を進める。個片化工程では、レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する。本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法は上述の各工程を備える。

本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法では、ウエハ１０の下面に形成されためっき層１５がウエハ１０を補強するので、ウエハ１０の割れを抑制できる。よって歩留まりの向上ができる。このめっき層１５は、ウエハ１０の外周部１４だけに形成されているので、めっき層１５のないレーザバーを得ることができる。したがって、例えば１５０μｍ以下の短い共振器長を有することでレーザバーが細長くなったとしても、レーザバーの反りを抑制することができる。

めっき層１５には溝１５ａを形成したので、溝１５ａがない場合と比べてめっきの使用量を減らし低コスト化することができる。仮に溝をウエハ１０の結晶方向と平行に形成してしまうと、ウエハは結晶方向に沿って割れやすいので、その溝に沿ってウエハが割れてしまう。しかしながら、本発明の実施の形態１では、溝１５ａは、ウエハ１０の結晶方向と非平行に形成したので、めっき層１５は、ウエハ１０の結晶方向の割れを抑制する。したがって、めっき層１５は、溝１５ａを設けることでめっき使用量を抑制しつつ、ウエハ１０の割れを抑制できるものとなっている。

本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法は様々な変形が可能である。例えば、切断用溝１５ｂは省略してもよい。溝１５ａの平面形状は、めっき使用量を少なくするために格子状であれば特に限定されない。溝は必ずしも直線的に形成しなくてもよい。めっき使用量の削減だけを求めるのであれば、溝１５ａはウエハ１０の結晶方向と非平行に形成しなくてもよい。

これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法にも適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法については実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法では、実施の形態１と同様、素子形成工程を行う。この素子形成工程は実施の形態１とほとんど同じものであるが、ウエハの下面側に電極を形成しない点で実施の形態１と異なる。

素子形成工程を実施した後に、ウェットエッチング工程を実施する。図４は、ウェットエッチング工程後のウエハの底面及び断面を示す図である。ウェットエッチング工程では、中央部１２の下面をウェットエッチングし外周部１４の下面をウェットエッチングしないことで、中央部１２を外周部１４より薄くするとともに、中央部１２と外周部１４の境界にウエハ１０の上面方向に伸びるトレンチ１０Ａを形成する。

例えば、外周部１４の下面にマスクを形成した状態で、Ｂｒを含む薬液を用いて中央部１２の下面をエッチングする。半導体基板２０の材料として、ＩｎＰ、ＧａＡｓ又はＧａＮなどの周知の基板材料を用いることができる。ウェットエッチング工程の後、ウエハ１０の下面に電極を形成する。図５は、ウエハ１０の下面に第１導電型の電極５４を形成したことを示す図である。

次いで、レーザバー工程に処理を進め、中央部１２の一部を切断してレーザバーを形成する。レーザバー工程におけるへき開には、前述のトレンチ１０Ａに沿ったウエハのへき開が含まれる。次いで、個片化工程に処理を進め、レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する。

本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、ウェットエッチング工程でウエハ１０の中央部１２のみ薄くし、外周部１４はエッチングしない。そのため、厚いまま残った外周部１４によりウエハ１０の強度を維持できるので、ウエハ割れを抑制できる。また、ウエハの下面側にめっきを形成しないので、レーザバーの反りを抑制することができる。めっきを形成しないことで低コスト化できる。しかも、ウェットエッチング工程で形成したトレンチ１０Ａにより、レーザバー工程でのへき開が容易になるため、歩留が向上する。

実施の形態１と実施の形態２の特徴を適宜組み合わせて用いてもよい。例えば、実施の形態１の半導体レーザ素子の製造方法において、レーザバー工程の前に実施の形態２のウェットエッチング工程を実施することでトレンチを形成してもよい。トレンチに沿ってへき開することで歩留まりを高めることができる。

１０ ウエハ、 １０Ａ トレンチ、 １２ 中央部、 １４ 外周部、 １５ めっき層、 １５ａ 溝、 １５ｂ 切断用溝

Claims (10)

1. 中央部と前記中央部を囲む外周部を有するウエハの前記中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、
   前記外周部の下面に格子状の溝を有するめっき層を形成し、前記中央部の下面には前記めっき層を形成しないめっき工程と、
   前記中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、
   前記レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、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。
2. 前記溝は、前記ウエハの結晶方向と非平行に形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
3. 前記溝は、前記ウエハの結晶方向に対して４５°の角度となるように形成されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
4. 前記めっき工程では、前記めっき層に切断用溝を形成し、
   前記レーザバー工程では、前記切断用溝に沿って前記ウエハを切断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
5. 前記めっき層は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ又はＮｉを材料とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
6. 中央部と前記中央部を囲む外周部を有するウエハの前記中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、
   前記中央部の下面をウェットエッチングし前記外周部の下面をウェットエッチングしないことで、前記中央部を前記外周部より薄くするとともに、前記中央部と前記外周部の境界に前記ウエハの上面方向に伸びるトレンチを形成するウェットエッチング工程と、
   前記中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、
   前記レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、を備え、
   前記レーザバー工程では、前記トレンチに沿って前記ウエハを割ることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
7. 前記ウェットエッチング工程で用いる薬液はＢｒを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
8. 前記ウェットエッチング工程の後、前記レーザバー工程の前に前記ウエハの下面に電極を形成することを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
9. 前記半導体レーザ素子は、活性層を含むメサストライプ構造と、前記メサストライプ構造の左右に形成された電流ブロック層とを備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
10. 前記半導体レーザ素子の共振器長は、１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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