JP2018107469A - Manufacturing method of optical member, manufacturing method of semiconductor laser device and semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、光学部材の製造方法、半導体レーザ装置の製造方法及び半導体レーザ装置に関する。 The present disclosure relates to an optical member manufacturing method, a semiconductor laser device manufacturing method, and a semiconductor laser device.
光学分野、とりわけ半導体レーザでは、近年パッケージの小型化、高出力化が求められている。このため、1つのパッケージ内に1つ又は複数のレーザ素子及び光学部材、例えば、45度傾斜面を有する光学部材を配置し、垂直に反射させたレーザ光をレンズでコリメートして利用する形態の半導体レーザ装置が提案されている。また、45度傾斜面を有する光学部材を安価に供給するために、シリコンを用い、シリコンをウェットエッチングして45度傾斜面を有する光学部材を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献1〜3等)。 In the optical field, particularly in semiconductor lasers, in recent years, there has been a demand for smaller packages and higher output. For this reason, one or a plurality of laser elements and optical members, for example, an optical member having a 45-degree inclined surface are arranged in one package, and the vertically reflected laser light is collimated by a lens and used. Semiconductor laser devices have been proposed. Also, in order to supply an optical member having a 45 ° inclined surface at a low cost, a method of manufacturing an optical member having a 45 ° inclined surface by using silicon and wet etching silicon has been proposed (for example, Patent Documents). 1-3).
しかし、45°斜面の角度精度と平滑度の両立は容易ではない。また、このようなミラーを簡便な方法で製造できる方法はいまだ確立しておらず、平滑度の高い斜面を備えた光学部材を高精度で、簡便な方法にて製造する方法が要求されている。また、そのような光学部材を簡便な方法にて適所に実装する方法が要求されている。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、平滑度の高い主面に良好な膜質の反射膜を備え、かつハンドリング性が良好な光学部材を高精度で、簡便な方法にて製造する方法、それにより得られる光学部材を用いた半導体レーザ装置の製造方法、及び精度の高い光学部材を備える半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
However, it is not easy to achieve both angle accuracy and smoothness of a 45 ° slope. In addition, a method capable of manufacturing such a mirror by a simple method has not yet been established, and a method for manufacturing an optical member having a slope with high smoothness by a highly accurate and simple method is required. . Also, a method for mounting such an optical member in place by a simple method is required.
The present disclosure has been made in order to solve the above-described problem. An optical member having a reflective film having a good film quality on a main surface having a high degree of smoothness and a good handling property is made into a highly accurate and simple method. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor laser device, a method for manufacturing a semiconductor laser device using an optical member obtained thereby, and a semiconductor laser device including an optical member with high accuracy.
本開示は、以下の発明を含む。
(1)(a){110}面からなり、互いに平行な第1主面及び第2主面を有するシリコン基板を準備し、
(b)前記第1主面及び第2主面に、一方向に伸びる開口を有するマスクパターンを、前記第1主面側の前記開口と前記第2主面側の前記開口が交互に位置するように、又は、前記第1主面側の前記開口の直下に前記第2主面側の前記開口が位置するように、それぞれ形成し、
(c)前記シリコン基板を、前記マスクパターンをマスクとして用いてウェットエッチングして、前記第1主面側及び第2主面側に傾斜面を有する凹部を形成し、
(d)前記第1主面又は前記第2主面に反射膜を形成し、
(e)前記シリコン基板を、前記凹部において分割することを含む光学部材の製造方法。
(2)上記光学部材と、半導体レーザ素子とを、前記半導体レーザ素子から出射するレーザ光が前記光学部材の前記反射膜に照射されるように、実装基板に固定することを含む半導体レーザ装置の製造方法。
(3)実装基板と、
前記実装基板上に設けられた半導体レーザ素子と、
第1の{110}面と、前記第1の{110}面に隣接する第1の{100}面と、第2の{110}面と、前記第2の{110}面に隣接する第2の{100}面とを有するSiからなり、前記第2の{100}面が前記実装基板上に固定され、前記第1の{110}面が反射膜で被覆され、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を反射可能な位置に配置された光学部材とを備える半導体レーザ装置。
The present disclosure includes the following inventions.
(1) (a) preparing a silicon substrate comprising a {110} plane and having a first main surface and a second main surface parallel to each other;
(B) A mask pattern having openings extending in one direction on the first main surface and the second main surface, and the openings on the first main surface side and the openings on the second main surface side are alternately positioned. Or, respectively, so that the opening on the second main surface side is located immediately below the opening on the first main surface side,
(C) wet etching the silicon substrate using the mask pattern as a mask to form concave portions having inclined surfaces on the first main surface side and the second main surface side;
(D) forming a reflective film on the first main surface or the second main surface;
(E) A method for manufacturing an optical member, comprising: dividing the silicon substrate at the concave portion.
(2) A semiconductor laser device comprising: fixing the optical member and the semiconductor laser element to a mounting substrate so that laser light emitted from the semiconductor laser element is applied to the reflective film of the optical member. Production method.
(3) a mounting board;
A semiconductor laser element provided on the mounting substrate;
A first {110} plane, a first {100} plane adjacent to the first {110} plane, a second {110} plane, and a second {110} plane adjacent to the second {110} plane. 2 having a {100} plane, the second {100} plane is fixed on the mounting substrate, the first {110} plane is covered with a reflective film, and the semiconductor laser element A semiconductor laser device comprising: an optical member disposed at a position capable of reflecting emitted laser light.
本開示によれば、平滑度の高い主面に良好な膜質の反射膜を備え、かつハンドリング性が良好な光学部材を高精度で、簡便な方法にて製造することができ、さらに、それにより得られる光学部材を用いた半導体レーザ装置を製造することができる。また、精度の高い光学部材を備える半導体レーザ装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to manufacture an optical member having a reflective film having a good film quality on a main surface with high smoothness and having good handling properties with high accuracy and a simple method. A semiconductor laser device using the obtained optical member can be manufactured. In addition, a semiconductor laser device including a highly accurate optical member can be provided.
本発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the light emitting device described below is for embodying the technical idea of the present disclosure, and the present invention is not limited to the following unless otherwise specified. The contents described in one embodiment and example are applicable to other embodiments and examples.
The size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.
実施形態1:光学部材の製造方法
この実施形態の光学部材の製造方法は、
(a){110}面からなり、互いに平行な第1主面及び第2主面を有するシリコン基板を準備し、
(b)前記第1主面及び第2主面に、一方向に伸びる開口を有するマスクパターンを、前記第1主面側の前記開口と前記第2主面側の前記開口が交互に位置するように、又は、前記第1主面側の前記開口の直下に前記第2主面側の前記開口が位置するように、それぞれ形成し、
(c)前記シリコン基板を、前記マスクパターンをマスクとして用いてウェットエッチングして、前記第1主面側及び第2主面側に傾斜面を有する凹部を形成し、
(d)前記第1主面又は前記第2主面に反射膜を形成し、
(e)前記シリコン基板を、前記凹部において分割することを含む。
Embodiment 1: Manufacturing method of optical member The manufacturing method of the optical member of this embodiment is:
(A) preparing a silicon substrate consisting of a {110} plane and having a first main surface and a second main surface parallel to each other;
(B) A mask pattern having openings extending in one direction on the first main surface and the second main surface, and the openings on the first main surface side and the openings on the second main surface side are alternately positioned. Or, respectively, so that the opening on the second main surface side is located immediately below the opening on the first main surface side,
(C) wet etching the silicon substrate using the mask pattern as a mask to form concave portions having inclined surfaces on the first main surface side and the second main surface side;
(D) forming a reflective film on the first main surface or the second main surface;
(E) dividing the silicon substrate in the recess;
(a:シリコン基板の準備)
{110}面からなり、互いに平行な第1主面及び第2主面を有するシリコン基板を準備する。シリコン基板の第2主面は、第1主面と反対側の主面を指す。ここで、{110}面とは、シリコンの常温及び常圧で安定な結晶構造であるダイヤモンド構造における結晶格子面のうちのひとつ(110)面とその等価結晶面との全ての面を指す。等価結晶面とは、ミラー指数によって定義される等価結晶面又はファセットのファミリを意味する。シリコン基板の第1主面は、{110}面に対して±2度程度のオフ角は許容される。オフ角は、好ましくは±1度の範囲内、より好ましくは±0.2度の範囲内である。
(A: Preparation of silicon substrate)
A silicon substrate made of a {110} plane and having a first main surface and a second main surface parallel to each other is prepared. The second main surface of the silicon substrate refers to a main surface opposite to the first main surface. Here, the {110} plane refers to all planes of one (110) plane of the crystal lattice plane and its equivalent crystal plane in the diamond structure which is a stable crystal structure of silicon at room temperature and normal pressure. Equivalent crystal plane means an equivalent crystal plane or facet family defined by Miller index. The first main surface of the silicon substrate is allowed to have an off angle of about ± 2 degrees with respect to the {110} plane. The off angle is preferably within a range of ± 1 degree, more preferably within a range of ± 0.2 degree.
シリコン基板の大きさ及び厚みは、例えば、得ようとする光学部材の用途等により適宜調整することができる。1つのシリコン基板から複数の光学部材を得ることが好ましく、このために、シリコン基板は、数センチ〜数十センチの長さ及び/又は幅を有するものであればよい。
シリコン基板の厚みは、均一であることが好ましいが、部分的に異なる部分が存在してもよい。シリコン基板の厚みは、例えば、100〜数千μmとすることができ、例えば、500〜2000μmとすることができる。
The magnitude | size and thickness of a silicon substrate can be suitably adjusted with the use etc. of the optical member to obtain, for example. It is preferable to obtain a plurality of optical members from one silicon substrate. For this purpose, the silicon substrate only needs to have a length and / or width of several centimeters to several tens of centimeters.
The thickness of the silicon substrate is preferably uniform, but partially different portions may exist. The thickness of the silicon substrate can be, for example, 100 to several thousand μm, and can be, for example, 500 to 2000 μm.
(b:マスクパターンの形成)
シリコン基板の第1主面及び第2主面に、それぞれマスクパターンを形成する。開口は各主面に対して1つでもよいし、複数でもよい。いずれにしても、第1主面及び第2主面の開口は、互いに平行であることが好ましい。
第1主面側の開口と第2主面側の開口が交互に位置するように、又は、第1主面側の開口の直下に第2主面側の開口が位置するように、マスクパターンを形成することが好ましい。ここでの開口は、一方向に伸びる開口を意味する。
(B: Formation of mask pattern)
Mask patterns are respectively formed on the first main surface and the second main surface of the silicon substrate. One or more openings may be provided for each main surface. In any case, the openings of the first main surface and the second main surface are preferably parallel to each other.
Mask pattern so that the opening on the first main surface side and the opening on the second main surface side are alternately positioned, or so that the opening on the second main surface side is positioned immediately below the opening on the first main surface side Is preferably formed. The opening here means an opening extending in one direction.
開口の伸びる方向、形状、大きさは任意に設定することができる。
開口の伸びる方向は、例えば、<100>方向、<111>方向、<112>方向が挙げられ、なかでも、図1に示すように、<100>方向であることが好ましい。開口の伸びる方向を<100>方向とすることにより、容易に45度傾斜面を得ることができる。また、開口は、第1主面及び/又は第2主面に平行な方向に伸びる開口とすることができる。
ここで、<100>方向とは、シリコンの常温及び常圧で安定な結晶構造であるダイヤモンド構造における結晶格子面のうちのひとつである(100)面に対する垂直方向と、その等価結晶面に対する垂直方向の全ての方向とを指す。
The direction, shape, and size of the opening can be arbitrarily set.
Examples of the direction in which the opening extends include the <100> direction, the <111> direction, and the <112> direction. Among them, the <100> direction is preferable as shown in FIG. By setting the direction in which the opening extends to the <100> direction, a 45-degree inclined surface can be easily obtained. The opening may be an opening extending in a direction parallel to the first main surface and / or the second main surface.
Here, the <100> direction means a direction perpendicular to the (100) plane which is one of crystal lattice planes in a diamond structure which is a stable crystal structure of silicon at room temperature and normal pressure, and a direction perpendicular to the equivalent crystal plane. Refers to all directions.
開口の形状は、ストライプ状であることが好ましい。また、一方向に伸びる限り、その開口に交わる方向に伸びる開口と連結した形状であってもよい。例えば、<110>方向に伸びる開口と連結した格子状、<110>方向とそれに交差する交差状であってもよい。また、<100>方向に伸びる開口は、その外縁(両端)が<100>方向と略平行であることが好ましく、<110>方向に伸びる開口は、その外縁(両端)が<110>方向と略平行であることが好ましい。 The shape of the opening is preferably a stripe shape. Moreover, as long as it extends in one direction, the shape connected with the opening extended in the direction which crosses the opening may be sufficient. For example, it may be a lattice connected to an opening extending in the <110> direction, or a cross shape intersecting the <110> direction. The opening extending in the <100> direction preferably has outer edges (both ends) substantially parallel to the <100> direction, and the opening extending in the <110> direction has an outer edge (both ends) in the <110> direction. It is preferable that they are substantially parallel.
一方向に伸びる開口の長さは、用いるシリコン基板の大きさに従って適宜設定することができる。一方向に伸びる開口の幅は、後の工程において得ようとする傾斜面の高さ等によって適宜設定することができる。開口の幅として例えば、200〜1000μm程度が挙げられる。開口の幅は、第1主面側の開口と第2主面側の開口とで同じでもよいし、異なっていてもよい。開口の幅が小さいほどエッチング後に残る主面の面積は大きくなる。このため、開口の幅を第1主面側と第2主面側とで異ならせることにより、開口の幅が小さい方の主面の面積を大きく維持することができる。その大きな主面を光学部材の実装面とすれば安定して実装することができる。その一方、大きな主面を反射膜形成面とすることにより、光学部材としての反射有効面積を増大させることができる。 The length of the opening extending in one direction can be appropriately set according to the size of the silicon substrate to be used. The width of the opening extending in one direction can be appropriately set depending on the height of the inclined surface to be obtained in a later step. Examples of the width of the opening include about 200 to 1000 μm. The width of the opening may be the same or different between the opening on the first main surface side and the opening on the second main surface side. The smaller the opening width, the larger the area of the main surface remaining after etching. For this reason, by making the width of the opening different between the first main surface side and the second main surface side, the area of the main surface with the smaller opening width can be maintained large. If the large main surface is the mounting surface of the optical member, stable mounting can be achieved. On the other hand, the effective reflective area as an optical member can be increased by using the large main surface as the reflective film forming surface.
上述のとおり、マスクパターンは、一方向(例えば<100>方向)に伸びる開口以外に、これと異なる方向(例えば<110>方向)に伸びる開口を有してよい。このように一方向以外に伸びる開口を有する場合、その幅は、一方向に伸びる開口の幅と同等でもよいし、異なっていてもよい。一方向以外に伸びる開口により形成される傾斜面は光学部材としての機能に関係しない。よって、一方向以外に伸びる開口の幅は、一方向に伸びる開口の幅よりも小さいことが好ましい。これにより、シリコン基板の面積を有効に使用することができる。また、一方向以外に伸びる開口は、分割用の溝として使用することができる。この場合には開口の幅はある程度大きいことが好ましく、例えば、50〜500μm程度とすることができる。
開口の深さは、マスクパターンの厚みに相当し、例えば、0.1〜1μm程度が挙げられる。
As described above, the mask pattern may have an opening extending in a different direction (for example, <110> direction) in addition to the opening extending in one direction (for example, <100> direction). Thus, when it has the opening extended in directions other than one direction, the width | variety may be equivalent to the width | variety of the opening extended in one direction, and may differ. The inclined surface formed by the opening extending in a direction other than one direction is not related to the function as an optical member. Therefore, the width of the opening extending in a direction other than one direction is preferably smaller than the width of the opening extending in one direction. Thereby, the area of a silicon substrate can be used effectively. Moreover, the opening extending in a direction other than one direction can be used as a dividing groove. In this case, the width of the opening is preferably large to some extent, and can be, for example, about 50 to 500 μm.
The depth of the opening corresponds to the thickness of the mask pattern, for example, about 0.1 to 1 μm.
隣接する開口の間隔は、意図する光学部材の大きさによって任意に設定することができる。第1主面側の開口の直下に第2主面側の開口が位置するようにマスクパターンを形成する場合には、隣接する開口の間隔は、例えば、200〜1000μm程度が挙げられる。また、この場合、第1主面側から見たとき、第1主面側の開口内に、第2主面側の開口の伸びる方向に沿った中心線が位置するように、マスクパターンを形成することが好ましい。第1主面側の開口の伸びる方向に沿った中心線と、第2主面側の開口の伸びる方向に沿った中心線とが一致するように、マスクパターンを形成することがより好ましい。例えば、第1主面側の開口の<100>方向に沿った中心線と、第2主面側の開口の<100>方向に沿った中心線とを一致させることが好ましい。このような配置とすることにより、後述するエッチングにより形成される傾斜面を有する凹部の下端が一致しやすい。これにより、凹部の下端を起点として分割する場合に、第1主面に対して垂直な方向に分割することができ、容易に分割することができる。
第1主面側の開口と第2主面側の開口が交互に位置するようにマスクパターンを形成する場合には、第1主面側の開口に隣接する第2主面側の開口の間隔は、例えば、200〜1000μm程度が挙げられる。
The interval between adjacent openings can be arbitrarily set according to the intended size of the optical member. When the mask pattern is formed so that the opening on the second main surface side is located immediately below the opening on the first main surface side, the interval between adjacent openings is, for example, about 200 to 1000 μm. Further, in this case, the mask pattern is formed so that the center line along the direction in which the opening on the second main surface side extends is located in the opening on the first main surface side when viewed from the first main surface side. It is preferable to do. More preferably, the mask pattern is formed so that the center line along the direction in which the opening on the first main surface side extends coincides with the center line along the direction in which the opening on the second main surface side extends. For example, it is preferable that the center line along the <100> direction of the opening on the first main surface side coincides with the center line along the <100> direction of the opening on the second main surface side. By setting it as such an arrangement | positioning, the lower end of the recessed part which has the inclined surface formed by the etching mentioned later tends to correspond. Thereby, when dividing | segmenting from the lower end of a recessed part as a starting point, it can divide | segment into the direction perpendicular | vertical with respect to a 1st main surface, and can divide | segment easily.
When the mask pattern is formed so that the openings on the first main surface side and the openings on the second main surface side are alternately positioned, the interval between the openings on the second main surface side adjacent to the openings on the first main surface side For example, about 200-1000 micrometers is mentioned.
マスクパターンは、通常、レジスト膜又は絶縁膜(Si、Hf、Zr、Al、Ti、La等の酸化膜又は窒化膜あるいはそれらの複合膜等)等の形成、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって形成するなど、当該分野で公知の材料、公知の方法を利用して形成することができる。特に、マスクパターンの材料は、後述するウェットエッチングのエッチャントの種類によって適宜選択することが好ましい。 The mask pattern is usually formed by forming a resist film or an insulating film (an oxide film or a nitride film such as Si, Hf, Zr, Al, Ti, La or a composite film thereof) or the like, a photolithography and an etching process, or the like. It can be formed using a known material and a known method in the field. In particular, the material of the mask pattern is preferably selected as appropriate depending on the type of etchant for wet etching described later.
なお、一方向以外に伸びる開口は、シリコン基板の第1主面及び第2主面の双方に形成してもよいが、シリコン基板の第1主面及び/又は第2主面の一方にのみ形成してもよい。 The opening extending in a direction other than one direction may be formed on both the first main surface and the second main surface of the silicon substrate, but only on one of the first main surface and / or the second main surface of the silicon substrate. It may be formed.
(c:傾斜面を有する凹部の形成)
シリコン基板を、マスクパターンをマスクとして用いてウェットエッチングする。このウェットエッチングは、第1主面及び第2主面を一主面ずつ順に行ってもよいが、第1主面及び第2主面側の双方から同時にウェットエッチングすることが好ましい。これによって、第1主面及び第2主面側の双方に傾斜面を有する凹部を形成することができる。両面側からエッチングすることにより、後述するシリコン基板の分割が容易となる。
(C: Formation of recess having inclined surface)
The silicon substrate is wet etched using the mask pattern as a mask. In this wet etching, the first main surface and the second main surface may be sequentially performed one by one, but wet etching is preferably performed simultaneously from both the first main surface and the second main surface. Thereby, the recessed part which has an inclined surface in both the 1st main surface and the 2nd main surface side can be formed. Etching from both sides facilitates the division of the silicon substrate described later.
傾斜面はどのような結晶面であってもよい。凹部の形状は、段面視において、U字状、V字状、角部が丸みを帯びたこれらの形状等のいずれでもよい。
なかでも、{100}面を有する傾斜面を形成することが好ましい。傾斜面は、<100>方向に伸び、シリコン基板の第1主面及び第2主面(つまり、{110}面)に対して45度の傾斜角度を有する面とすることが好ましい。言い換えると、傾斜面は、シリコン基板の第1主面と成す角度が135度であることが好ましい。ただし、ここでの{100}面は、{100}面に対して±2度程度のオフ角は許容され、よって、第2主面に対して45±2度程度の傾斜角度を有する面であってもよい。オフ角は、好ましくは±1度の範囲内、より好ましくは±0.2度の範囲内である。
The inclined plane may be any crystal plane. The shape of the concave portion may be any of U shape, V shape, these shapes with rounded corners, etc. in step view.
Among these, it is preferable to form an inclined surface having a {100} plane. The inclined surface is preferably a surface extending in the <100> direction and having an inclination angle of 45 degrees with respect to the first main surface and the second main surface (that is, {110} surface) of the silicon substrate. In other words, the angle between the inclined surface and the first main surface of the silicon substrate is preferably 135 degrees. However, the {100} plane here is allowed to have an off angle of about ± 2 degrees with respect to the {100} plane, and thus has a tilt angle of about 45 ± 2 degrees with respect to the second main surface. There may be. The off angle is preferably within a range of ± 1 degree, more preferably within a range of ± 0.2 degree.
エッチングは、ウェットエッチングを行うことが好ましいが、その他の異方性エッチングを行うことができるエッチング方法を採用してもよい。
ウェットエッチングは、上述したマスクパターンをマスクとして、異方性エッチングが可能なエッチャントを用いる限り、どのような条件で行ってもよい。エッチャントとしては、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、エチレンジアミンピロカテコール(EDP)、ヒドラジン等又はこれらにイソプロパノール等を添加した混合液、又はこれらの混合液が挙げられる。その濃度は、シリコン基板のエッチング速度等を考慮して、適宜設定することができる。なかでも、TMAHを用いることが好ましい。TMAHは、他の異方性エッチャントに比較して、{110}面シリコン基板のエッチングにおいて異方性が高く、{110}面シリコン基板に対して、主面から約45度傾斜した傾斜面を高精度で形成できるからである。また、TMAHは取り扱いが容易であることからも好ましい。
エッチング条件としては、例えばエッチャントがTMAHである場合は、エッチャントの温度を摂氏80〜110度に設定し、2〜10時間程度の浸漬を行うことが挙げられる。浸漬時間は所望のエッチング量が得られる程度に調整すればよい。
Etching is preferably performed by wet etching, but an etching method capable of performing other anisotropic etching may be employed.
Wet etching may be performed under any conditions as long as an etchant capable of anisotropic etching is used with the mask pattern described above as a mask. Examples of the etchant include tetramethylammonium hydroxide (TMAH), potassium hydroxide, sodium hydroxide, ethylenediamine pyrocatechol (EDP), hydrazine and the like, or a mixed solution obtained by adding isopropanol or the like to these, or a mixed solution thereof. The concentration can be appropriately set in consideration of the etching rate of the silicon substrate. Among these, it is preferable to use TMAH. TMAH has a higher anisotropy in etching of a {110} plane silicon substrate than other anisotropic etchants, and has an inclined plane inclined about 45 degrees from the principal plane with respect to the {110} plane silicon substrate. This is because it can be formed with high accuracy. TMAH is also preferable because it is easy to handle.
As an etching condition, for example, when the etchant is TMAH, the temperature of the etchant is set to 80 to 110 degrees Celsius and the immersion is performed for about 2 to 10 hours. What is necessary is just to adjust immersion time to such an extent that the desired etching amount is obtained.
ここで用いたマスクパターンに<110>方向に伸びる開口が形成されている場合には、形成される傾斜面は{111}面であり、35度程度の傾斜角度を有する面(図8A〜8C中、11d参照)である。ここでの角度も、{110}面に対して±2度程度のオフ角は許容される。 When an opening extending in the <110> direction is formed in the mask pattern used here, the inclined surface to be formed is a {111} plane, and a surface having an inclination angle of about 35 degrees (FIGS. 8A to 8C). 11d). An angle of about ± 2 degrees with respect to the {110} plane is also allowed here.
上述した傾斜面が形成された後、引き続きエッチングを継続すると、それぞれ対向する辺からの斜面によって、断面形状が、台形状、さらに進むとV字状の溝が形成される。台形状、好ましくはV字状の溝が形成される場合には、V字の底において、後述する分割が容易になるため、V字状の溝が形成されるまでエッチングすることが好ましい。例えば上述した<100>方向及び<110>方向の開口を有するマスクパターンを用いる場合は、シリコン基板は、<100>方向及び<110>方向ともに劈開性がないため、V字状の溝を起点として割断することが好ましい。特に、第1主面側の開口の直下に第2主面側の開口が位置するようにマスクパターンを形成した場合には、第1主面側及び第2主面側からエッチングされた各傾斜面によるV字状の溝の下端同士が近接することになるが、下端同士が繋がらない程度にエッチングすることが好ましい。後工程で反射膜を形成する際、シリコン基板をウェハ単位で取り扱うことができ、一括して反射膜を形成することにより、工程の簡略化を図ることができる。 If the etching is continued after the above-described inclined surface is formed, the cross-sectional shape is trapezoidal and the V-shaped groove is formed further by the inclined surfaces from the opposing sides. In the case where a trapezoidal, preferably V-shaped groove is formed, it is preferable to etch until the V-shaped groove is formed, since the division described later becomes easy at the bottom of the V-shaped. For example, when using the above-described mask pattern having openings in the <100> direction and the <110> direction, the silicon substrate has no cleavage in both the <100> direction and the <110> direction. It is preferable to cleave as. In particular, when the mask pattern is formed so that the opening on the second main surface side is located immediately below the opening on the first main surface side, each inclination etched from the first main surface side and the second main surface side Although the lower ends of the V-shaped grooves formed by the surfaces are close to each other, it is preferable to perform etching so as not to connect the lower ends. When forming the reflective film in a subsequent process, the silicon substrate can be handled in units of wafers, and the process can be simplified by forming the reflective film collectively.
あるいは、第1主面側の開口の直下に第2主面側の開口が位置するようにマスクパターンを形成した場合、第1主面側及び第2主面側からエッチングされた各傾斜面が繋がるまでエッチングしてもよい。これによって、後述するシリコン基板の凹部における分割を省略することができる。特に、後述するように、第1主面又は第2主面への反射膜の形成を、工程(b)のマスクパターンの形成及び工程(c)傾斜面を有する凹部の形成の前に行う場合には有利である。 Alternatively, when the mask pattern is formed so that the opening on the second main surface side is located immediately below the opening on the first main surface side, the inclined surfaces etched from the first main surface side and the second main surface side are You may etch until it connects. Thereby, the division | segmentation in the recessed part of the silicon substrate mentioned later can be abbreviate | omitted. In particular, as will be described later, the reflective film is formed on the first main surface or the second main surface before the formation of the mask pattern in step (b) and the formation of the recess having the inclined surface in step (c). Is advantageous.
傾斜面は、シリコン基板の第1主面から、例えば、数百〜千数百μm程度、さらに200〜1000μm程度の深さにおいて形成することが好ましい。 The inclined surface is preferably formed from the first main surface of the silicon substrate at a depth of, for example, about several hundred to several hundreds of μm, and further about 200 to 1000 μm.
{110}面からなり、互いに平行な第1主面及び第2主面を有するシリコン基板を用いることにより、マスクパターンの開口がどのような方向に伸びるものであっても、最終的には、断面形状が線対称となる2つの傾斜面を有する凹部を形成することができる。これによって、後述するように、分割されたシリコン基板及び光学部材を吸引装置等で簡便にピックアップすることができる平坦かつ水平な面を形成することができる。 Regardless of the direction in which the opening of the mask pattern extends by using a silicon substrate comprising a {110} plane and having a first main surface and a second main surface parallel to each other, finally, A recess having two inclined surfaces whose cross-sectional shapes are line symmetric can be formed. As a result, as will be described later, it is possible to form a flat and horizontal surface on which the divided silicon substrate and optical member can be easily picked up by a suction device or the like.
(d:反射膜の形成)
シリコン基板の第1主面又は第2主面に反射膜を形成する。傾斜面に反射膜を形成する場合には、傾斜した角度で成膜することになるため、膜厚の制御が困難になるという懸念があるが、第1主面又は第2主面に反射膜を形成することによりこのような懸念を解消することができる。
(D: Formation of reflective film)
A reflective film is formed on the first main surface or the second main surface of the silicon substrate. When the reflective film is formed on the inclined surface, since the film is formed at an inclined angle, there is a concern that it is difficult to control the film thickness. However, the reflective film is formed on the first main surface or the second main surface. Such a concern can be eliminated by forming.
反射膜は、例えば半導体レーザ素子からの光を50%以上反射し得る材料によって形成することができる。言い換えると、反射膜は、半導体レーザ素子の発振波長における反射率を50%以上とすることができる。高出力の半導体レーザ素子(例えば光出力1W以上)と組み合わせる場合は、80%以上反射し得る材料によって形成することが好ましく、さらには90%以上又は95%以上反射し得る材料によって形成することが好ましい。例えば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、コバルト、ルテニウム、錫、亜鉛、鉛等の金属又はこれらの合金(例えば、Al合金としては、Alと、Cu、Ag、Pt等の白金族系の金属との合金)の単層又は多層構造膜が挙げられる。反射膜を金属で構成する場合は、なかでも、Al、Au、Ag、Crの金属の単層膜等が好ましい。 The reflective film can be formed of a material that can reflect, for example, 50% or more of light from the semiconductor laser element. In other words, the reflective film can have a reflectance of 50% or more at the oscillation wavelength of the semiconductor laser element. When combined with a high-power semiconductor laser element (for example, an optical output of 1 W or more), it is preferably formed of a material capable of reflecting 80% or more, and further formed of a material capable of reflecting 90% or more or 95% or more. preferable. For example, a metal such as gold, silver, copper, iron, nickel, chromium, aluminum, titanium, tantalum, tungsten, cobalt, ruthenium, tin, zinc, lead or an alloy thereof (for example, Al and Cu as Al alloys) , Alloys with platinum group metals such as Ag and Pt) and the like. In the case where the reflective film is made of metal, a single-layer film of Al, Au, Ag, or Cr metal is preferable.
反射膜は、2種以上の誘電体を複数積層させた誘電体多層膜等であってもよい。誘電体多層膜としては、DBR(distributed Bragg reflector:分布ブラッグ反射)膜が好ましい。DBR膜を構成する誘電体としては、例えば、Si、Ti、Zr、Nb、Ta、Alからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物又は窒化物が挙げられる。なかでも、Si、Zr、Nb、Ta、Al等の酸化物の積層構造が好ましい。また、反射膜の1層目は、シリコンとの密着性が良いものが好ましく、例えばSiO2等のSi含有層が適していると考えられる。誘電体多層膜の各層の材料及び膜厚を調整することによって所望の反射率を得ることができる。 The reflective film may be a dielectric multilayer film in which a plurality of two or more kinds of dielectrics are stacked. As the dielectric multilayer film, a DBR (distributed Bragg reflector) film is preferable. Examples of the dielectric constituting the DBR film include oxides or nitrides containing at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, Zr, Nb, Ta, and Al. Among these, a laminated structure of oxides such as Si, Zr, Nb, Ta, and Al is preferable. Further, the first layer of the reflective film is preferably one having good adhesion to silicon. For example, it is considered that a Si-containing layer such as SiO 2 is suitable. A desired reflectance can be obtained by adjusting the material and film thickness of each layer of the dielectric multilayer film.
反射膜は、特に、誘電体多層膜によって形成されるものが好ましい。誘電体多層膜は、金属からなる反射膜と比較して、レーザの発振波長に対する反射率を高くできる。つまり、反射率を100%に近づけることができる。これによって、光吸収が小さい、つまり発熱が小さい光学部材を実現することができる。その結果、高出力の半導体レーザ装置を実現することができる。誘電体多層膜は各層の膜厚が変化すると反射率が変化するため、設計値どおりの膜厚で形成できるように、ウェハ状態で被形成面に対して垂直方向に成膜することが好ましい。従って、誘電体多層膜は、シリコン基板の第1主面又は第2主面({110}面)に形成されるものがより好ましい。 The reflective film is particularly preferably formed of a dielectric multilayer film. The dielectric multilayer film can increase the reflectance with respect to the oscillation wavelength of the laser as compared with the reflective film made of metal. That is, the reflectance can be close to 100%. Accordingly, it is possible to realize an optical member that has low light absorption, that is, low heat generation. As a result, a high-power semiconductor laser device can be realized. Since the reflectance of the dielectric multilayer film changes as the film thickness of each layer changes, the dielectric multilayer film is preferably formed in the wafer state in a direction perpendicular to the surface to be formed so that it can be formed with a film thickness as designed. Therefore, the dielectric multilayer film is more preferably formed on the first main surface or the second main surface ({110} surface) of the silicon substrate.
反射膜の厚みは、例えば、0.数〜数十μm程度が挙げられ、0.1〜10μm程度が好ましく、0.3〜7μm程度がより好ましい。 The thickness of the reflective film is, for example, 0. Several to several tens of micrometers are mentioned, About 0.1-10 micrometers is preferable and about 0.3-7 micrometers is more preferable.
反射膜は、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオン・ベーパー・デポジション(IVD)法、スパッタリング法、ECRスパッタリング法、プラズマ蒸着法、化学的気相成長(CVD)法、ECR−CVD法、ECR−プラズマCVD法、電子ビーム蒸着(EB)法、原子層堆積(ALD)法等の公知の方法によって形成することができる。なお、いずれの成膜方法においても、被形成面に対して垂直方向に成膜することが好ましい。 The reflective film may be, for example, a vacuum deposition method, an ion plating method, an ion vapor deposition (IVD) method, a sputtering method, an ECR sputtering method, a plasma deposition method, a chemical vapor deposition (CVD) method, or ECR-CVD. It can be formed by a known method such as a method, an ECR-plasma CVD method, an electron beam evaporation (EB) method, or an atomic layer deposition (ALD) method. Note that, in any film forming method, it is preferable to form a film in a direction perpendicular to the surface to be formed.
このように、{110}面からなる第1主面及び第2主面に反射膜を形成することにより、角度精度及び平滑度等に優れ、膜質の良い反射機能を有する反射膜を形成することができる。その結果、光学部材の反射効率及び耐久性を高めることができる。また、光学部材を、簡易、簡便かつ高精度に効率よく製造することができる。さらに、光学部材自体の製造コストを低減することができる。 In this way, by forming the reflective film on the first main surface and the second main surface made of the {110} plane, a reflective film having excellent angle accuracy, smoothness, etc., and having a reflective function with good film quality is formed. Can do. As a result, the reflection efficiency and durability of the optical member can be increased. In addition, the optical member can be manufactured easily, simply and efficiently with high accuracy. Furthermore, the manufacturing cost of the optical member itself can be reduced.
第1主面又は第2主面への反射膜の形成は、反射膜の品質を損なわない限り、工程(b)のマスクパターンの形成及び工程(c)傾斜面を有する凹部の形成の前に行ってもよい。ウェットエッチングを行う際に、反射膜がマスクパターンによって保護された状態であれば、ウェットエッチングによる反射膜の品質劣化を防止可能である。なお、マスクパターンはウェットエッチング後に除去する。 The reflective film is formed on the first main surface or the second main surface before the formation of the mask pattern in the step (b) and the formation of the concave portion having the inclined surface unless the quality of the reflective film is impaired. You may go. If the reflective film is protected by the mask pattern when performing wet etching, it is possible to prevent the quality of the reflective film from being deteriorated by wet etching. The mask pattern is removed after wet etching.
(e:シリコン基板の分割)
シリコン基板を、凹部において分割することが好ましい。分割は、上述した凹部を形成した後であれば、反射膜を形成する前後のいずれに行ってもよい。工程の簡略化のためには、反射膜をウェハ単位で一括して形成し、その後、分割を行うことが好ましい。
シリコン基板の分割は、傾斜面に沿った方向(つまり、一方向に沿った方向)に行うことが好ましい。例えば、45度傾斜面に沿った方向、例えば、<100>方向に行うことが好ましい。上述したように、シリコン基板に傾斜面を形成した場合、2つの傾斜面を含んで又は1つの傾斜面によって、凹部、例えば、断面形状が台形状又はV字状の溝が形成される。このため、凹部内で、例えば、台形又はV字状の溝内において、この凹部又は溝に沿って分割することが好ましい。特に、V字溝の下端に沿って分割することが好ましい。マスクパターンにおける開口が第1主面及び第2主面において複数存在するため、このように分割することによって、2つの傾斜面を有する光学部材を形成することができる。
(E: Dividing the silicon substrate)
The silicon substrate is preferably divided at the recess. The division may be performed before or after the reflective film is formed as long as the above-described concave portion is formed. In order to simplify the process, it is preferable that the reflective film is formed in a batch on a wafer basis and then divided.
The silicon substrate is preferably divided in a direction along the inclined surface (that is, a direction along one direction). For example, it is preferable to perform in a direction along the 45-degree inclined surface, for example, <100> direction. As described above, when an inclined surface is formed on a silicon substrate, a recess, for example, a groove having a trapezoidal or V-shaped cross section is formed by including two inclined surfaces or by one inclined surface. For this reason, it is preferable to divide | segment along this recessed part or a groove | channel, for example in a trapezoid or a V-shaped groove | channel. In particular, it is preferable to divide along the lower end of the V-shaped groove. Since there are a plurality of openings in the mask pattern on the first main surface and the second main surface, an optical member having two inclined surfaces can be formed by dividing in this way.
特に、上述した工程により、第1主面側の開口の直下に第2主面側の開口が位置するようにマスクパターンを形成した場合においては、両主面からの凹部の下端がほぼ一致するために、分割をより精度よく、まっすぐに行うことができる。 In particular, when the mask pattern is formed by the above-described process so that the opening on the second main surface side is located immediately below the opening on the first main surface side, the lower ends of the recesses from both main surfaces substantially coincide. Therefore, the division can be performed more accurately and straight.
上述した2方向に伸びる開口を有するマスクパターンを形成してエッチングを行った場合には、このエッチングによる凹部を利用して分割することにより、簡便にかつ精度よく2方向への分割を行うことができる。2方向とは、例えば<100>方向と<110>方向である。
なお、上述した<110>方向に伸びる方向のエッチングの有無にかかわらず、傾斜面に沿った方向に対して直交する方向、例えば、<110>方向にも分割することが好ましい。ここでの分割は、<110>方向に伸びる方向のエッチングによる傾斜による溝を利用してもよいし、後述するような分割の補助溝又はクラックを利用してもよい。
When etching is performed by forming the mask pattern having the openings extending in the two directions as described above, it is possible to easily and accurately divide in the two directions by dividing using the recesses formed by the etching. it can. The two directions are, for example, the <100> direction and the <110> direction.
In addition, it is preferable to divide also into the direction orthogonal to the direction along an inclined surface, for example, <110> direction irrespective of the presence or absence of the etching of the direction extended to the <110> direction mentioned above. For the division here, a groove formed by etching in a direction extending in the <110> direction may be used, or a division auxiliary groove or a crack as described later may be used.
シリコン基板の分割の際には、分割の補助溝及び/又はクラックを形成して、分割することが好ましい。このような補助溝及び/又はクラックは、例えば、ブレードダイシング、レーザダイシング等の公知の方法によって行うことができる。なかでも、内部加工可能なレーザダイシングを用いることが好ましい。これにより、どのような厚みであってもほぼ全面にクラックを形成でき、分割の際にデブリの発生を抑制することができる。内部加工可能なレーザダイシングを用いる場合は、例えば、レーザダイシング装置によって内部加工レーザを照射し、それぞれのV字溝の直下にクラックを形成し、その後、V字溝の下端から、それを起点にブレイク装置でシリコン基板を分割する。
分割後のシリコン基板の大きさは、任意に設定することができる。例えば、一辺が2.0mm、他辺が1.0mmとすることができる。また、<110>方向の辺が2.0mm、<100>方向の辺が1.0mmとするものが好ましい。
When the silicon substrate is divided, it is preferable to form a division auxiliary groove and / or a crack to form the silicon substrate. Such auxiliary grooves and / or cracks can be formed by a known method such as blade dicing or laser dicing. Among these, it is preferable to use laser dicing that can be internally processed. Thereby, cracks can be formed on almost the entire surface regardless of the thickness, and the occurrence of debris can be suppressed during the division. When laser dicing capable of internal processing is used, for example, an internal processing laser is irradiated by a laser dicing apparatus, a crack is formed immediately below each V-shaped groove, and then, starting from the lower end of the V-shaped groove. Divide the silicon substrate with a break device.
The size of the divided silicon substrate can be arbitrarily set. For example, one side can be 2.0 mm and the other side can be 1.0 mm. Further, it is preferable that the side in the <110> direction is 2.0 mm and the side in the <100> direction is 1.0 mm.
実施形態2:半導体レーザ装置
この実施形態の半導レーザ装置は、例えば、図4A及び図4Bに示すように、
実装基板1と、
実装基板1上に設けられた半導体レーザ素子4と、
第1の{110}面11aと、第1の{110}面11aに隣接する第1の{100}面11bと、第2の{110}面11cと、第2の{110}面11cに隣接する第2の{100}面11bとを有するSiからなり、第2の{100}面11cが実装基板上に固定され、第1の{110}面11aが反射膜で被覆され、半導体レーザ素子4から出射されるレーザ光を反射可能な位置に配置された光学部材15とを備える。
Embodiment 2 Semiconductor Laser Device The semiconductor laser device of this embodiment is, for example, as shown in FIGS. 4A and 4B.
Mounting
A
First {110}
(光学部材15)
光学部材15は、半導体レーザ素子4から出射されたレーザ光を、意図する方向に反射させる部材である。光学部材15は、Si(シリコン)からなるものが好ましい。Siは、従来の石英からなる光学部材、いわゆるプリズムよりも熱伝導率が高いため、例えば、半導体レーザ素子の出力が1W以上の高出力レーザに対して特に有利である。
(Optical member 15)
The
光学部材は、Siの{110}面及び{100}面を有するものが好ましい。これら{110}面及び{100}面は、それぞれ2つ以上有することが好ましい。つまり、光学部材15のレーザの反射面を、{110}面とするものが好ましい。また、これら以外の面を有していてもよい。ここでの{110}面及び{100}面は、±2度程度のオフ角による傾斜が許容されることを意図する。さらに、{100}面が実装基板上に固定され、{110}面が反射膜で被覆されたものが好ましい。このように、{110}面に反射膜を形成することにより、膜厚の制御を容易かつ高精度に行うことができ、品質の良好な反射膜を形成することができる。ここでの{100}面は、{110}面に対する角度が45度である面とすることができる。
The optical member preferably has a Si {110} plane and a {100} plane. Each of these {110} planes and {100} planes preferably has two or more. That is, it is preferable that the laser reflecting surface of the
{110}面は、例えば、上述した光学部材の製造方法におけるシリコン基板の第1主面及び第2主面に相当するものであり、{100}面は、<100>方向に伸びる開口を有するマスクパターンを用いたエッチングによって形成された傾斜面である。
光学部材15は、反射面となる{110}面が、上述したように、反射膜で被覆されているものが通常使用される。
The {110} plane corresponds to, for example, the first main surface and the second main surface of the silicon substrate in the optical member manufacturing method described above, and the {100} plane has an opening extending in the <100> direction. It is an inclined surface formed by etching using a mask pattern.
As the
光学部材15は、半導体レーザ素子4に対向して配置される。この場合の対向配置とは、光学部材15の反射面、つまり反射膜で被覆された面に、半導体レーザ素子4から出射したレーザ光が照射され、これを反射させることができる位置に、光学部材15と対面して、光学部材15を配置することを意味する。具体的には、光学部材15の反射面が、半導体レーザ素子4の光出射面側であって光導波路領域の延長線上に位置するように光学部材15を配置する。例えば、光学部材の反射面を、半導体レーザ素子の光学部材側の端部に対して傾斜するように配置する。このような反射面によって、レーザ光が反射され、半導体レーザ素子4から出射されたレーザ光の光軸を方向転換することができる。半導体レーザ素子からレーザ光が実装基板の主面に対して平行に出射される場合は、実装基板の主面と傾斜面とのなす角度を45度±2度、好ましくは45度±1度、より好ましくは45度±0.2度とする。これにより、半導体レーザ素子からの光を実装基板1に対して垂直な方向に進行させることができる。
The
光学部材15は、上述したように、第1主面又は第2主面を反射面とすることにより、その反射面に隣接する面、例えば、{100}面を、実装基板1の表面に対して平行、つまり、水平な面とすることができる。このため、その面を利用することによりハンドリング性を向上させることができる。例えば、一般に当該分野で用いられている吸引装置等で簡便にピックアップすることができる。
As described above, the
光学部材15は、上述した反射面を備える限り、好ましくは、実装面とこれに平行なハンドリング性の向上に寄与する面とを備える限り、種々の形状とすることができる。例えば、多角形柱、多角形錐台及びこれらが組み合わせられた形状等が挙げられる。光学部材15は、さらに、{110}面に対して傾斜した傾斜面を有してもよい(図8A〜8C中の11d参照)。該傾斜面の{110}面に対する傾斜角度は、{100}面の{110}面に対する傾斜角度よりも小さく、例えば35度程度である。
The
光学部材15は、反射面が、例えば、半導体レーザ素子から、10〜150μm程度以内で配置されていることが好ましく、20〜100μm程度以内であることがより好ましい。
For example, the
光学部材15は、実装基板上に1つのみ配置されていてもよいし、複数配置されていてもよい。後者の場合、例えば、行列状に配置されていることが好ましい。また、光学部材15は、1つの半導体レーザ素子に対して1つずつ配置されていてもよいし、複数の半導体レーザ素子に対して1つのみ配置されていてもよい。
Only one
光学部材15は、通常、実装基板1上に、金属層及び/又は接着部材を介して配置されている。金属層は、光学部材15の固定面及び/又は平面積よりも小さな面積で配置されていてもよいし、同等の面積で配置されていてもよい。また、光学部材15の固定面の縁からはみ出して配置されていてもよい。これによって、光学部材15の放熱経路を確保することができる。
The
金属層は、Au、Ag、Al等による金属の単層又はそれらを含む積層体のいずれによって形成されていてもよい。具体的には、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Pd/Au、Ni/Pd/Au/Pd等の積層体が挙げられる。金属層の最表面をAuとすると、Auの一部又は全部が後述する接着部材、例えば、Au系の半田に拡散することがある。この場合は、拡散したAuは接着部材として機能する。金属層は、蒸着法、スパッタ法、めっき等、当該分野で公知の方法によって形成することができる。なかでも、スパッタによって形成されていることが好ましい。 The metal layer may be formed of either a single metal layer made of Au, Ag, Al or the like, or a laminate including them. Specific examples include laminates such as Ti / Pt / Au, Ni / Au, Ni / Pd / Au, and Ni / Pd / Au / Pd. If the outermost surface of the metal layer is Au, part or all of Au may diffuse into an adhesive member described later, for example, Au-based solder. In this case, the diffused Au functions as an adhesive member. The metal layer can be formed by a method known in the art, such as vapor deposition, sputtering, or plating. Especially, it is preferable that it is formed by sputtering.
接着部材としては、Au系半田材(AuSn系半田、AuGe系半田、AuSi系半田、AuNi系半田、AuPdNi系半田等)、Ag系半田材(AgSn系半田)等の金属材料からなるものが挙げられる。接着部材を用いる場合は、実装基板又は金属層と光学部材との接着面を、接着部材を介して合わせた後、所定の温度及び圧力下で保持することによって行うことができる。例えば、熱圧着法が利用される。放熱性の観点から、接着部材は、実装基板又は金属層と、光学部材との間の全面に配置されていることが好ましい。また、UV硬化接着剤、熱硬化接着剤等の接着剤を用いてもよい。 Examples of the adhesive member include those made of a metal material such as Au solder material (AuSn solder, AuGe solder, AuSi solder, AuNi solder, AuPdNi solder, etc.), Ag solder material (AgSn solder), and the like. It is done. In the case of using an adhesive member, the bonding surface of the mounting substrate or the metal layer and the optical member can be combined with each other through the adhesive member and then held under a predetermined temperature and pressure. For example, a thermocompression bonding method is used. From the viewpoint of heat dissipation, the adhesive member is preferably disposed on the entire surface between the mounting substrate or the metal layer and the optical member. Further, an adhesive such as a UV curable adhesive or a thermosetting adhesive may be used.
(実装基板1)
実装基板1は、半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子4及び光学部材15等を載置するためのものである。実装基板1は、半導体レーザ素子4で発生する熱を効率的に外部に放出するためにも利用される。実装基板1は、典型的には絶縁性のセラミックからなる。絶縁性のセラミックとしては、AlN、SiC、アルミナ等が挙げられる。絶縁性のセラミックの下面には、放熱性を考慮して、さらに金属部材(Cu、Al等)、異種材料の絶縁性セラミック等が配置されていてもよい。
(Mounting board 1)
The mounting
実装基板1の厚みは、特に限定されないが、例えば、0.2〜5mm程度が挙げられる。
実装基板1の形状、大きさは特に限定されるものではなく、意図する半導体レーザ装置の形状及び大きさ等によって適宜調整することができる。平面形状としては、矩形等の多角形、円形、楕円形又はこれらに近似する形状が挙げられる。実装基板1は、その表面に凹凸等を有するものであってもよいが、表面が平坦な平板状のものが好ましい。例えば、実装基板1として、一辺が2〜30mm程度の平板状の矩形形状の実装基板1が挙げられる。
Although the thickness of the mounting
The shape and size of the mounting
実装基板1は、その表面に、配線パターンを有していてもよい。また、外部電源と接続するための端子が設けられていてもよい。実装基板1内部に配線パターン等が埋設されていてもよい。実装基板1の表面に外部電源と接続するための端子を設けることにより、実装基板1の裏面全面を放熱面とすることができる。
The mounting
(サブマウント3)
実装基板1上にサブマウント3が設けられていてもよい。このとき、半導体レーザ素子4は、サブマウント3上に設けられる。サブマウント3は、半導体レーザ素子4の放熱のために熱伝導性の高い材料によって形成されており、シリコンよりも熱伝導性が高い材料によって形成されているものが好ましい。具体的には、AlN、CuW、ダイヤモンド、SiC等が挙げられる。なかでも、サブマウントは、単結晶のAlN又はSiCからなるものが好ましい。
サブマウント3の厚みは、特に限定されないが、例えば、100〜500μm程度が挙げられ、120〜400μm程度が好ましく、150〜300μm程度がより好ましい。サブマウント3を一定以上の厚みとすることにより、半導体レーザ素子からの光を効率的に反射部材で反射させて取り出すことができる。サブマウント3の厚みは、例えば、半導体レーザ素子の発光点が反射膜の下端よりも上に位置する程度の厚みとする。半導体レーザ素子の高さは、半導体レーザ素子から放射される光のうち所望の部分(反射したい光強度の部分)が反射膜に収まるように配置することが好ましい。
(Submount 3)
A
Although the thickness of the
サブマウント3の平面形状は特に限定されず、例えば、矩形等の多角形、円形、楕円形又はこれらに近似する形状等が挙げられる。サブマウント3の大きさは、放熱性や最終的に得ようとする半導体レーザ装置の特性に合わせて適宜調整することができる。例えば、サブマウント3は、平面視において、半導体レーザ素子4の平面積よりも大きな平面積を有している。つまり、サブマウント3は、平面視において、半導体レーザ素子4の長さ及び幅よりも大きな長さ及び幅を有する。これにより、半導体レーザ素子4の全体又は略全体をサブマウント3上に配置することができ、放熱経路を確保することができる。
The planar shape of the
サブマウント3は、実装基板1上に1つのみ配置されていてもよいし、複数配置されていてもよい。後者の場合、例えば、行列状に配置されていることが好ましい。
Only one
サブマウント3は、通常、実装基板1上に、上述したような金属層及び/又は接着部材を介して配置されている。金属層は、サブマウント3の平面積よりも小さな面積で配置されていてもよいし、同等の面積で配置されていてもよい。また、サブマウント3の縁からはみ出して配置されていてもよい。
The
(半導体レーザ素子4)
半導体レーザ素子4は、電圧が印加され、しきい値以上の電流が流れると、活性層で生成され共振器内の光導波路領域で増幅された光が、レーザ光として外部に放射される、即ちレーザ発振を生じる機能を有する。このような半導体レーザ素子4としては、半導体が複数層積層されて構成される公知のレーザ素子のいずれをも使用することができる。例えば、導電性の基板の上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層が順に積層され、半導体層の表面に絶縁膜及び電極等が形成された構造の素子が挙げられる。半導体層の材料は、III−V族の化合物が挙げられ、なかでも窒化物半導体が好ましい。
(Semiconductor laser element 4)
When a voltage is applied to the
半導体レーザ素子4は、サブマウント3上に設けられている。これにより、半導体レーザ素子4から発生する熱を、サブマウント3等を介して実装基板1に効率的に逃がすことができる。半導体レーザ素子4は、基板側が実装面となるジャンクションアップ(フェイスアップ)実装されていてもよいが、ジャンクションダウン(フェイスダウン)実装されていることが好ましい。ジャンクションダウン実装とすることにより、半導体レーザ素子4におけるレーザ光の発振部位を下方のサブマウント3及び実装基板1に近づけることができる。このようにレーザ光の発振部位という発熱しやすい部分をサブマウント3及び実装基板1の近くに配置することにより、効果的に放熱することができる。ジャンクションダウン実装する場合は、半導体レーザ素子4を、その一部が、サブマウント3の端部よりも光学部材15側に突き出るように配置することが好ましい。突き出る長さは、例えば10〜20μm程度とすることができる。これにより、レーザ光がサブマウントに反射されることを抑制でき、また、実装基板の表面に平行な方向における半導体レーザ素子4と光学部材15との距離を短くすることができる。つまり、半導体レーザ素子4を後述する光学部材15により近接させることができる。これにより、半導体レーザ装置のサイズをより小さくすることができる。
The
半導体レーザ素子4は、1つのサブマウント3の上に1つのみ配置されていてもよいし、1つのサブマウント3の上に複数配置されていてもよい。複数の半導体レーザ素子4は、同じ波長帯、異なる波長帯のいずれでもよい。また、複数の半導体レーザ素子4は、行列状に載置されていてもよい。
Only one
(キャップ)
半導体レーザ素子4及び光学部材15を被覆するようにキャップ8が実装基板1に取り付けられてよい。キャップ8により半導体レーザ素子4が気密封止されていることが好ましい。特に、発振波長が300〜600nm程度の半導体材料(例えば、窒化物半導体)を用いた半導体レーザ素子4を用いる場合には、有機物及び水分等を集塵しやすいため、キャップ8を設けることによって、レーザ装置内の気密性を高め、防水性、防塵性を高めることができる。また、この場合は、キャップ8により気密封止された内部に配置する部材は、樹脂等の有機物を含まない部材であることが好ましい。
(cap)
A
キャップ8の形状は、有底の筒型(円柱又は多角形柱等)、錐台型(円錐台又は多角形錐台等)、ドーム型及びこれらの変形形状等が挙げられる。キャップ8は、例えば、Ni、Co、Fe、Ni−Fe合金、コバール、真鍮等の材料を用いて形成することができる。実装基板1に設けられたキャップ8は、その一面に開口部が設けられていることが好ましい。開口部には透光性部材7が設けられている。透光性部材7からレーザ光を取り出すことができる。キャップ8は、溶接又は半田付け等の公知の方法により、実装基板1に固定することができる。
Examples of the shape of the
(レンズ)
レンズは、レーザ光を平行光化する、集光させるなどの役割を果たす。レンズは、光学部材ミラーによって反射されたレーザ光の進行方向に配置されていてもよいし、半導体レーザ素子と光学部材との間であって、半導体レーザ素子からのレーザ光が照射される位置に配置されていてもよい。
(lens)
The lens plays a role of collimating or condensing laser light. The lens may be arranged in the traveling direction of the laser light reflected by the optical member mirror, or between the semiconductor laser element and the optical member at a position where the laser light from the semiconductor laser element is irradiated. It may be arranged.
レンズは、レーザ光を透過することのできる材料が用いられ、石英、サファイア、プラスチック等、一般に用いられている材料によって形成することができる。種々のアプリケーションへの適用のため、半導体レーザ装置から取り出す光を平行光とすることが好ましい。そのため、レーザ光を半導体レーザ装置から平行光として出射させるために、コリメートレンズを用いることが好ましい。なお、レンズの形状は特に限定されず、円形又は楕円形であることが好ましい。レンズの大きさとしては、照射されるレーザ光の大きさ等に応じて任意に決定することができる。 The lens is made of a material that can transmit laser light, and can be formed of a commonly used material such as quartz, sapphire, or plastic. For application to various applications, the light extracted from the semiconductor laser device is preferably parallel light. Therefore, it is preferable to use a collimating lens in order to emit laser light as parallel light from the semiconductor laser device. The shape of the lens is not particularly limited, and is preferably circular or elliptical. The size of the lens can be arbitrarily determined according to the size of the irradiated laser beam or the like.
実施形態3:半導体レーザ装置の製造方法
この実施形態の半導体レーザ装置の製造方法は、上述した光学部材と、半導体レーザ素子とを、半導体レーザ素子から出射するレーザ光が光学部材の反射膜に照射されるように、実装基板に固定することを含む。
実装基板に、まず半導体レーザ素子を固定し、次いで半導体レーザ素子から出射するレーザ光が光学部材の反射膜に当たるように光学部材を固定してもよいし、まず光学部材を固定し、光学部材の反射膜にレーザ光が当たるように、半導体レーザ素子を固定してもよいし、同時でもよい。
このように、半導体レーザ素子と光学部材とを固定することにより、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を出射方向と異なる方向に反射させることができる。
Embodiment 3: Method for Manufacturing Semiconductor Laser Device In the method for manufacturing a semiconductor laser device according to this embodiment, the optical member and the semiconductor laser element described above are irradiated with laser light emitted from the semiconductor laser element onto the reflective film of the optical member. To be fixed to a mounting board.
The semiconductor laser element may be first fixed to the mounting substrate, and then the optical member may be fixed so that the laser light emitted from the semiconductor laser element hits the reflective film of the optical member. The semiconductor laser element may be fixed so that the reflection film is irradiated with the laser beam, or may be simultaneously.
As described above, by fixing the semiconductor laser element and the optical member, the laser light emitted from the semiconductor laser element can be reflected in a direction different from the emission direction.
光学部材を実装基板に固定する場合、半導体レーザ素子に対面させる光学部材の面を、実装基板表面に対して45度となるように固定することが好ましい。そのために、実装基板に対面させる光学部材の面を、例えば、上述したシリコン基板の{100}面とするものが好ましい。これにより、上述のエッチング処理を施していない{110}面を反射面とすることができる。このような{110}面は、エッチングによる面荒れや欠陥の発生が無いため、反射面としてより適している。この場合には、実装基板表面に対して{110}面が45度の角度で傾斜した反射面とすることができる。 When fixing the optical member to the mounting substrate, it is preferable to fix the surface of the optical member facing the semiconductor laser element so that it is 45 degrees with respect to the surface of the mounting substrate. Therefore, the surface of the optical member that faces the mounting substrate is preferably, for example, the {100} surface of the silicon substrate described above. Thereby, the {110} plane which has not been subjected to the etching process described above can be used as a reflective surface. Such a {110} plane is more suitable as a reflective surface because there is no surface roughness or defect due to etching. In this case, the {110} plane can be a reflective surface inclined at an angle of 45 degrees with respect to the mounting substrate surface.
光学部材を実装基板に固定する場合、上述したように、金属層及び/又は接着部材を介して固定することが好ましい。 When the optical member is fixed to the mounting substrate, it is preferable to fix the optical member via the metal layer and / or the adhesive member as described above.
半導体レーザ素子を実装基板に固定する場合、半導体レーザ素子をサブマウントに固定し、さらに、サブマウントを実装基板に、金属層及び/又は接着部材を介して固定するか、実装基板にサブマウントを固定し、半導体レーザ素子をサブマウントに固定することが好ましい。この場合、半導体レーザ素子をジャンクションダウン実装するのであれば、上述のとおり、半導体レーザ素子を、その一部が、サブマウントの端部よりも光学部材側に配置することが好ましい。半導体レーザ素子、サブマウント及び実装基板は、上述した金属層及び/又は接着部材を介して固定することができる。 When fixing the semiconductor laser device to the mounting substrate, the semiconductor laser device is fixed to the submount, and further, the submount is fixed to the mounting substrate via a metal layer and / or an adhesive member, or the submount is attached to the mounting substrate. It is preferable to fix the semiconductor laser element to the submount. In this case, if the semiconductor laser element is to be mounted in a junction-down manner, it is preferable that a part of the semiconductor laser element is disposed closer to the optical member than the end of the submount as described above. The semiconductor laser element, the submount, and the mounting substrate can be fixed via the metal layer and / or the adhesive member described above.
光学部材を実装基板に固定し、その後に半導体レーザを実装基板に固定することにより、光学部材の位置をカメラ等で画像認識させ、光学部材の位置を基準として半導体レーザ素子の実装位置を決定することができる。これにより、簡便な方法で正確な位置に半導体レーザ素子及び光学部材を実装することができる。 By fixing the optical member to the mounting substrate and then fixing the semiconductor laser to the mounting substrate, the position of the optical member is recognized by a camera or the like, and the mounting position of the semiconductor laser element is determined based on the position of the optical member. be able to. Thereby, the semiconductor laser element and the optical member can be mounted at an accurate position by a simple method.
半導体レーザ素子のp電極及びn電極は、実装基板を含むパッケージのアノード端子及びカソード端子とそれぞれ電気的に接続されるように配置する。例えば、半導体レーザ素子とサブマウントと光学部材を実装基板に固定した後、半導体レーザ素子の電極及びサブマウントの配線パターンを、実装基板の配線パターンとワイヤーボンディングにより電気的に接続する。 The p electrode and the n electrode of the semiconductor laser element are arranged so as to be electrically connected to the anode terminal and the cathode terminal of the package including the mounting substrate, respectively. For example, after fixing the semiconductor laser element, the submount, and the optical member to the mounting substrate, the electrodes of the semiconductor laser element and the wiring pattern of the submount are electrically connected to the wiring pattern of the mounting substrate by wire bonding.
レンズを実装する場合には、任意に、レンズの位置合わせ及び接着を行ってもよい。レンズの実装の位置を決定した後、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のUV硬化接着剤、熱硬化接着剤等を用いて、レンズを任意の位置に固定する。 When a lens is mounted, the lens may be arbitrarily aligned and bonded. After determining the mounting position of the lens, the lens is fixed at an arbitrary position using a UV curable adhesive such as an epoxy resin or an acrylic resin, a thermosetting adhesive, or the like.
半導体レーザ装置をキャップにより封止する場合は、任意に、抵抗溶接、半田付け等で実装基板にキャップを接着すればよい。封止する際は、露点摂氏−10度以下の乾燥した大気中、窒素雰囲気中等で封止することができる。また、各部材をアッシング又は熱処理等の方法を用いて前処理し、各部材に付着した水分、有機物の除去を行うことが好ましい。
以下に、実施形態の光学部材の製造方法、半導体レーザ装置の製造方法及び半導体レーザ装置の実施例を、図面を用いて具体的に説明する。
When the semiconductor laser device is sealed with a cap, the cap may be arbitrarily bonded to the mounting substrate by resistance welding, soldering, or the like. When sealing, it can be sealed in a dry atmosphere, such as a dew point of -10 degrees Celsius or less, or in a nitrogen atmosphere. Moreover, it is preferable to pre-process each member using methods, such as ashing or heat processing, and to remove the water | moisture content and organic substance which adhered to each member.
Examples of the optical member manufacturing method, the semiconductor laser device manufacturing method, and the semiconductor laser device according to the embodiments will be specifically described below with reference to the drawings.
実施例1:光学部材の製造方法
(a:シリコン基板の準備)
まず、図1A及び図1Bに示すように、シリコン基板11を準備する。このシリコン基板11は、第1主面11a及び第2主面11cにおいて{110}面を有している。シリコン基板11の厚みは、例えば、500μmである。
Example 1: Manufacturing method of optical member (a: Preparation of silicon substrate)
First, as shown in FIGS. 1A and 1B, a
(b:マスクパターンの形成)
シリコン基板11の第1主面11a及び第2主面11cのほぼ全面に、CVD装置によりSiO2膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィにより、<100>方向と<110>方向にそれぞれ沿った開口を有するマスク形成用のパターンを形成し、バッファードフッ酸によってSiO2膜をウェットエッチングする。これによって、<100>方向と<110>方向にそれぞれ沿った開口12a、12bを有するマスクパターン12を形成した。マスクパターン12は、第1主面及び第2主面の開口12aの幅Qを300μmとし、開口12bの幅Zを150μmとする。第1主面側の開口12aの直下に第2主面側の開口12aが位置する。双方の開口12aの伸びる方向、つまり<100>方向に沿った中心線は、一致している。また、マスクパターンの<100>方向の辺長Xを500μm、<110>方向の辺長Yを700μmとする。
(B: Formation of mask pattern)
A SiO 2 film is formed on almost the entire surface of the first
(c:傾斜面の形成)
次に、図2Aに示すように、マスクパターン12をマスクとして、シリコン基板11の第1主面11a及び第2主面11cである{110}面を摂氏約90度のTMAHで240分間ウェットエッチングする。これによって、<100>方向に沿って、第1主面11a及び第2主面11cから深さ約200μmの45度の傾斜面を露出させる。ここでの45度の傾斜面に対向する面も45度の傾斜面であり、断面形状を略V字状の溝とする。ここでの45度の傾斜面11bは{100}面となる。なお、ウェットエッチングはマスクパターン12の下にも回り込んで行われる。
また、同時に、<110>方向に沿って、第1主面11aから深さ約150μmの35度の傾斜面を露出させる。ここでの35度の傾斜面に対向する面も35度の傾斜面であり、断面形状を略V字状の溝とする。
その後、図2Bに示すように、マスクパターン12をバッファードフッ酸によって除去する。
(C: Formation of inclined surface)
Next, as shown in FIG. 2A, using the
At the same time, along the <110> direction, a 35 ° inclined surface having a depth of about 150 μm is exposed from the first
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the
(d:反射膜の形成)
図2Cに示すように、得られたシリコン基板11の第1主面11aである{110}面に、ECR装置を用いてSiO2膜/ZrO2膜(75nm/50nm)を8ペアの積層構造(合計膜厚1000nm)で成膜して反射膜13を形成する。この反射膜13の入射角度45度の波長430〜460nmの光に対する反射率は99%以上である。
(D: Formation of reflective film)
As shown in FIG. 2C, a laminated structure of 8 pairs of SiO 2 film / ZrO 2 film (75 nm / 50 nm) is formed on the {110} plane which is the first
(e:シリコン基板の分割)
次に、図2Dに示すように、シリコン基板11を、シリコン基板11の<100>方向のエッチングされたV字状溝の中央(V字頂点部分)から分割し、分割面11fを備えるバー状のシリコン基板11を得る。
(E: Dividing the silicon substrate)
Next, as shown in FIG. 2D, the
任意に、シリコン基板11の<110>方向に沿って、エッチングされたV字状溝の中央(V字頂点部分)から分割し、小片状のシリコン基板11による、光学部材15を形成する。
Optionally, along the <110> direction of the
これによって、平面形状が略矩形のシリコン基板11による光学部材15を形成することができる。この光学部材15は、図3に示すように、例えば、第1主面11a側において、45度の2つの傾斜面、つまり11b{100}面と、35度の2つの傾斜面、つまり11dとの2種類の傾斜面を備える。そして、11b{100}面と、35度の傾斜面11dとは、例えば、徐々に傾斜角度が変化した複数の面方位の面又は丸みをおびた曲面11eによって連結されている。第2主面側においても同様である。
Thereby, the
実施例2:半導体レーザ装置
この実施例の半導体レーザ装置10は、図4A及び4Bに示すように、主として、実装基板1と、実装基板1上に設けられたサブマウント3と、サブマウント3上に設けられた半導体レーザ素子4と、光学部材15とを備える。また、半導体レーザ素子4及び光学部材15は、キャップ8によって気密封止されている。
Example 2 Semiconductor Laser Device As shown in FIGS. 4A and 4B, the
実装基板1は、長方形のAlNからなる絶縁性のセラミック板1aと、その下面に配置されたCuからなる金属部材1bによって構成されている。
実装基板1の上面には、金属層2A、2Bが、半導体レーザ素子4及び光学部材15が載置される部位にそれぞれ互いに離間して配置されている。
金属層2Aは、実装基板1側からTi(0.06μm)/Pt(0.2μm)が積層されており、さらに、その上にAu−Sn系共晶半田(3μm)が配置されている。金属層2Bは、実装基板1側からTi(0.06μm)/Pt(0.2μm)/Au(1μm)/Pd(0.3μm)が積層されており、さらに、その上にAu−Sn系共晶半田(3μm)が配置されている。
The mounting
On the upper surface of the mounting
In the
光学部材15は、実施例1で得られる光学部材15であり、シリコンからなる。光学部材15は、第1主面11a及び第2主面11cに対して45度傾斜した傾斜面11bである{100}面を4つ備える。第1主面11aには、SiO2膜/ZrO2膜(75nm/50nm)の積層構造からなる反射膜13を有する。
光学部材15の傾斜面11bは、金属層2Bを介して、実装基板1に固定されている。光学部材15の最下端から最上端までの高さ、つまり互いに平行に対向する傾斜面11b間の長さは1000μmである。
The
The
サブマウント3は、裏面に、Ti(0.06μm)/Pt(0.2μm)が積層されたAlNから構成されている。サブマウント3は、例えば、450μm×1900μm×200μm(厚み)の直方体形状を有する。
サブマウント3の実装基板1上への実装時には、実装基板1側からTi(0.06μm)/Pt(0.2μm)と、Au−Sn系共晶半田(3μm)と、Pt(0.2μm)/Ti(0.06μm)がこの順に積層され、加熱によって実装される。
The
When mounting the
半導体レーザ素子4は、サブマウント3上に、例えば、Au−Sn系共晶半田を介して配置されている。半導体レーザ素子4は、窒化物半導体から形成された発振波長445nmの略矩形の素子(150×1200μm)である。
半導体レーザ素子4の光学部材15側の端面は、サブマウント3の光学部材15側の端面よりも、光学部材15側に配置されている。その端面間の距離は、例えば、15μmである。
半導体レーザ素子4の光出射面は、光学部材15の反射面と対面しており、100μm程度離間して配置されている。
The
The end surface on the
The light emitting surface of the
キャップ8は、半導体レーザ素子4及び光学部材15を気密封止するように実装基板1上に固定されている。キャップ8は上面に開口部を有しており、開口部にはガラスからなる透光性部材7が設けられている。
The
このような半導体レーザ装置10では、光学部材15において、第1主面又は第2主面のいずれかの平滑度に非常に優れた面に膜質の良好な反射膜が配置していることにより、反射効率及び耐久性に優れた半導体レーザ装置を安価に得ることができる。
さらに、第1主面及び第2主面に対して傾斜し、互いに平行な一対の面が、高精度に、第1主面及び第2主面に対して45度に制御されているために、この傾斜面の一方によって安定して光学部材15を固定することができる。そして他方の傾斜面は、実装基板及び半導体レーザ装置に対して平行、つまり水平面とすることができるために、吸引装置等による光学部材15のハンドリング性を向上させることができ、ピックアップ等の作業効率を向上させることができる。
In such a
Furthermore, the pair of surfaces that are inclined with respect to the first main surface and the second main surface and are parallel to each other are controlled at 45 degrees with respect to the first main surface and the second main surface with high accuracy. The
また、半導体レーザ素子4の大部分をサブマウント3上に配置させることができるために、サブマウント3による放熱性を確保することができる。さらに、半導体レーザ素子4と光学部材15とを近接させることができるため、レーザ光のビーム径を小さく維持することができ、高輝度の光を得ることができる。
In addition, since most of the
実施例3:半導体レーザ装置
この実施例の半導体レーザ装置10Aは、図5に示すように、光学部材15と半導体レーザ素子4との間にレンズ6が配置されている以外、実質的に半導体レーザ装置10と同様の構成を有する。
レンズ6は、半導体レーザ素子4から出射された光をコヒーレント光にするためのコリメートレンズ機能を有する。
Example 3 Semiconductor Laser Device A
The
実施例4:光学部材の製造方法
この実施例の光学部材の製造方法では、傾斜面をエッチングにより形成する際に、断面形状を略V字状の溝とし(図2C参照)、その後さらにエッチングを進行させて、図6に示すように、第1主面側及び第2主面側の双方の溝を連結させる以外、実質的に実施例1と同様の方法によって光学部材25を形成する。
Example 4: Method for Manufacturing Optical Member In the method for manufacturing an optical member of this example, when the inclined surface is formed by etching, the cross-sectional shape is a substantially V-shaped groove (see FIG. 2C), and then further etching is performed. As shown in FIG. 6, the
よって、シリコン基板の分割をする場合に、シリコン基板11の<100>方向での分割を省略することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
また、この光学部材25では、上述した光学部材の効果に加え、光学部材15に比較して、傾斜面11bの面積を若干大きく採ることができる。よって、半導体レーザ装置の実装基板へのより安定した固定を図ることができ、吸引装置等による光学部材15のハンドリング性をより一層向上させ、ピックアップ等の作業効率を向上させることができる。
Therefore, when the silicon substrate is divided, the division of the
Further, in this
実施例5:光学部材の製造方法
この実施例の光学部材の製造方法では、実施例1と同様のシリコン基板11を準備し、図7A及び7Bに示すように、シリコン基板11の第1主面11a及び第2主面11cに、それぞれ、<100>方向と<110>方向にそれぞれ沿った開口を有するマスクパターン32X、32Yを形成する。
このマスクパターン32X及び32Yは、<100>方向に伸びる開口32Xa及び32Yaの幅が異なっている。開口32Xaの幅Qは、250μmであり、開口32Yaの幅Q2は、500μmである。開口32Xa、32Yaの<100>方向に沿った中心線は、互いに一致した位置に存在する。
このマスクを用いて、実施例1と同様にエッチングし、反射膜13を形成し、シリコン基板11を分割することにより、図7Cに示すような光学部材35を得ることができる。
Example 5: Optical Member Manufacturing Method In the optical member manufacturing method of this example, a
The
Using this mask, etching is performed in the same manner as in Example 1, the
この光学部材35では、上述した光学部材の効果に加え、光学部材15に比較して、傾斜面11b2の面積を傾斜面11b1の面積よりも若干大きく採ることができる。よって、傾斜面11b2を半導体レーザ装置の実装基板への固定に用いる場合には、より安定した固定を図ることができる。
あるいは、傾斜面11b1を半導体レーザ装置の実装基板への固定に用いる場合には、傾斜面11b2に対して吸引装置等を適用することができ、光学部材15のハンドリング性をより一層向上させ、ピックアップ等の作業効率を向上させることができる。
In the
Alternatively, when the inclined surface 11b1 is used for fixing the semiconductor laser device to the mounting substrate, a suction device or the like can be applied to the inclined surface 11b2, and the handling property of the
実施例6:光学部材の製造方法
この実施例の光学部材の製造方法では、実施例1と同様のシリコン基板11を準備し、図8A及び8Bに示すように、シリコン基板11の第1主面11a及び第2主面11cに、それぞれ、<100>方向と<110>方向にそれぞれ沿った開口を有するマスクパターン42X、42Yを形成する。
このマスクパターン42X及び42Yは、<100>方向に伸びる開口42Xa及び32Yaの幅は同じであるが、透視平面において、開口42Xa、42Yaの<100>方向に沿った中心線は、等間隔で交互に存在する。第1主面11a及び第2主面11cそれぞれにおける開口のピッチは、実施例1の2倍である。
このマスクを用いて、実施例1と同様にエッチングし、反射膜13を形成し、シリコン基板11を分割することにより、分割面11fをも備える、図8Cに示すような光学部材45を得ることができる。
Example 6: Manufacturing Method of Optical Member In the manufacturing method of the optical member of this example, a
In the
Using this mask, etching is performed in the same manner as in Example 1, the
この光学部材45では、上述した光学部材の効果に加え、第1主面及び第2主面のそれぞれにおいて、傾斜面を構成する面積を低減、つまり半減させることができるために、反射面となる第1主面又は第2主面の面積を大きく採ることができる。よって、半導体レーザ装置へ適用する場合に、実装マージンに余裕を与えることができるために、半導体レーザ装置への実装をより簡便に行うことができる。
In this
実施例6:半導体レーザ装置
この実施例の半導体レーザ装置40は、図9に示すように、光学部材15に代えて、光学部材45を用いた以外、実質的に半導体レーザ装置10と同様の構成である。
Example 6 Semiconductor Laser Device The
本実施形態の製造方法によれば、近年需要が増している高出力半導体レーザ装置、低コスト小型半導体レーザ装置等、大きさ及び形状を問わず幅広いレーザ装置に対し、安価で品質の高い傾斜反射面を有し、且つハンドリング性の良好な光学部材を容易に提供でき、さらに、それにより得られる光学部材を用いた半導体レーザ装置を提供することができる。特に、表面実装型の半導体レーザ装置に適している。また、本実施形態の半導体レーザ装置は、光ディスク、光通信システム、プロジェクタ、ディスプレイ、印刷機又は測定器等のデバイスに幅広く利用することができる。 According to the manufacturing method of the present embodiment, low-cost and high-quality tilted reflection can be applied to a wide range of laser devices of any size and shape, such as high-power semiconductor laser devices and low-cost small-sized semiconductor laser devices that have been in increasing demand in recent years. An optical member having a surface and good handleability can be easily provided, and a semiconductor laser device using the optical member obtained thereby can be provided. Particularly, it is suitable for a surface mount type semiconductor laser device. Further, the semiconductor laser device of this embodiment can be widely used for devices such as an optical disc, an optical communication system, a projector, a display, a printing machine, or a measuring instrument.
1 実装基板
1a セラミック板
1b 金属部材
2A、2B 金属層
3 サブマウント
4 半導体レーザ素子
15、25、35、45 光学部材
6 レンズ
7 透光性部材
8 キャップ
10、10A、40 半導体レーザ装置
11 シリコン基板
11a 第1主面{110}
11b、11b1、11b2 傾斜面{100}
11c 第2主面{110}
11d 傾斜面
11e 複数の面方位の面又は曲面
11f 分割面
12、32X、32Y、42X、42Y マスクパターン
12a、12b、32Xa、32Ya、42Xa、42Ya 開口
13 反射膜
DESCRIPTION OF
11b, 11b1, 11b2 inclined surface {100}
11c 2nd main surface {110}
11d
Claims (11)
(b)前記第1主面及び第2主面に、一方向に伸びる開口を有するマスクパターンを、前記第1主面側の前記開口と前記第2主面側の前記開口が交互に位置するように、又は、前記第1主面側の前記開口の直下に前記第2主面側の前記開口が位置するように、それぞれ形成し、
(c)前記シリコン基板を、前記マスクパターンをマスクとして用いてウェットエッチングして、前記第1主面側及び前記第2主面側に傾斜面を有する凹部を形成し、
(d)前記第1主面又は前記第2主面に反射膜を形成することを含む光学部材の製造方法。 (A) preparing a silicon substrate consisting of a {110} plane and having a first main surface and a second main surface parallel to each other;
(B) A mask pattern having openings extending in one direction on the first main surface and the second main surface, and the openings on the first main surface side and the openings on the second main surface side are alternately positioned. Or, respectively, so that the opening on the second main surface side is located immediately below the opening on the first main surface side,
(C) wet etching the silicon substrate using the mask pattern as a mask to form concave portions having inclined surfaces on the first main surface side and the second main surface side;
(D) A method for manufacturing an optical member, comprising forming a reflective film on the first main surface or the second main surface.
前記工程(c)において、{100}面を有する前記傾斜面を形成する請求項1〜3のいずれか1つに記載の光学部材の製造方法。 In the step (b), the mask pattern having an opening extending in the <100> direction is formed,
The method for manufacturing an optical member according to claim 1, wherein in the step (c), the inclined surface having a {100} plane is formed.
前記実装基板上に設けられた半導体レーザ素子と、
第1の{110}面と、該第1の{110}面に隣接する第1の{100}面と、前記第1の{110}面に対して平行である第2の{110}面と、該第2の{110}面に隣接する第2の{100}面とを有するSiからなり、前記第2の{100}面が前記実装基板上に固定され、前記第1の{110}面が反射膜で被覆され、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を反射可能な位置に配置された光学部材とを備える半導体レーザ装置。 A mounting board;
A semiconductor laser element provided on the mounting substrate;
A first {110} plane, a first {100} plane adjacent to the first {110} plane, and a second {110} plane parallel to the first {110} plane And Si having a second {100} plane adjacent to the second {110} plane, the second {100} plane being fixed on the mounting substrate, and the first {110} } A semiconductor laser device comprising: an optical member whose surface is covered with a reflective film and disposed at a position where the laser beam emitted from the semiconductor laser element can be reflected.
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