JP3307186B2 - 半導体表面処理用治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体表面処理用治
具に関し、より詳細には半導体レーザの端面に光学薄膜
を作製する半導体表面処理用治具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体レーザの端面に光学薄
膜を作製するために、半導体表面処理用治具が使用され
ている。このような半導体表面処理用治具は、例えば、
特公平６ー７６１９号公報に開示されているように、半
導体レーザウエハとスペーサを交互に並べ、光学薄膜を
作製する端面を同じ高さに合わせて該治具に取付けるよ
うに構成されている。そして、こうした半導体表面処理
用治具を使用することによって、光学薄膜を作製してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の半導体表面処理用治具では、前後の端面に光
学薄膜を作製する場合に、上述した治具への取付け作業
を行う必要があり、工程数が増えてしまう。加えて、劈
開面を平板の上に載置するために、半導体レーザウエハ
の端面に傷が付くという課題を有していた。

【０００４】また、実公平６ー２５９７１号公報には、
治具に半導体レーザウエハの劈開面を露出させるための
窓を有した半導体端面処理用治具が開示されている。こ
の治具によれば、窓を有しているため、前後の端面に光
学薄膜を作製する場合、治具に半導体レーザウエハを取
付けた状態で表裏面を反転させることにより、治具を交
換することなく両端面に光学薄膜を作製することができ
る。このため、半導体レーザウエハとスペーサを並べる
作業工程は１回ですむ。

【０００５】しかしながら、ストッパに半導体レーザウ
エハとスペーサを並べる場合に、半導体レーザウエハと
スペーサをスライドさせている。そのため、半導体レー
ザウエハの端面に傷が付いてしまうという課題を有して
いる。

【０００６】また、従来の半導体表面処理用治具では、
半導体レーザウエハの光学薄膜を作製すべく端面を、ス
ペーサと同じ高さに合わせて治具に取付けるか、或いは
スペーサの方の高さを高くして治具に取付けて、光学薄
膜を作製している。

【０００７】ところが、上記光学薄膜を作製すべく端面
をスペーサと同じ高さに合わせて治具に取付ける場合、
光学薄膜を作製後、半導体レーザウエハとスペーサを治
具から取外す時に、光学薄膜が剥がれ易いという課題を
有している。これは、特に光学薄膜の膜厚が厚くなると
剥がれ易いものとなっていた。更に、スペーサの方の高
さを高くして治具に取付けて光学薄膜を作製した場合、
スペーサが影となって発光層に所定の膜厚の光学薄膜が
作製できないという課題を有していた。

【０００８】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、光学薄膜を作製する工程が長くなることなく、半
導体レーザウエハの端面に傷を付けることなく安定した
特性の光学薄膜を再現良く作製することのできる半導体
表面処理用治具を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、半導
体レーザの端面に光学薄膜を作製する半導体表面処理用
治具に於いて、半導体レーザウエハの劈開面を露出させ
るために治具本体に形成された窓部と、この窓部に第１
の方向及びこの第１の方向と反対側の第２の方向に摺動
自在に設けられるもので、バー状に劈開した少なくとも
１つの上記半導体レーザウエハを保持する第１の保持手
段と、この第１の保持手段上に保持されるもので、上記
半導体レーザウエハと交互に配置されるスペーサと、上
記第１の方向及び第２の方向と異なる第３の方向及びこ
の第３の方向と反対側の第４の方向に摺動自在に設けら
れるもので、上記第１の保持手段に保持された上記半導
体レーザウエハとスペーサを押圧して挟持する固定手段
と、を具備し、上記スペーサは、Ｉ型の形状に構成され
ることを特徴とする。

【００１０】請求項１に記載の発明によれば、半導体レ
ーザウエハの劈開面を露出させるための窓部が形成され
た治具本体上で、バー状に劈開した少なくとも１つの半
導体レーザウエハをスペーサとを交互に第１の保持手段
に配置する。そして、固定手段の押圧により、半導体レ
ーザウエハとスペーサを固定し、端面コートを行う。こ
の治具は、半導体レーザウエハの劈開面を露出させるた
めの窓部を有しているため、前後の端面に光学薄膜を作
製する場合、治具本体の表裏面を反転させることによ
り、治具を交換することなく両端面に光学薄膜を作製す
ることができる。したがって、前後の端面コートを行う
毎に半導体レーザウエハを治具に取付ける必要がなく、
半導体レーザウエハとスペーサを配置する工程は１回で
済む。

【００１１】更に、半導体レーザウエハとスペーサを挟
持する固定手段と、半導体レーザウエハとスペーサを保
持する第１の保持手段は、何れも摺動自在であるため、
半導体レーザウエハのサイズと本数が変化しても、何れ
の場合にも対応が可能である。

【００１２】また、スペーサがＩ型の形状に構成される
ことにより、端面全体に光学薄膜を均一に作製すること
が可能である。

【００１３】更に、請求項２に記載の発明によれば、前
後の端面に光学薄膜を作製する場合、治具本体の表裏面
を反転させたときに、第２の保持手段が第１の保持手段
上から半導体レーザウエハとスペーサが離脱することを
防止することができるので、半導体レーザウエハの端面
に傷を付けることがない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明による半導体表面
処理用治具の一例を示す模式図であり、図１（ａ）は上
面図、図１（ｂ）は同図（ａ）の窓部の部分の側断面図
である。

【００１５】治具の本体１の略中心部には、半導体ウエ
ハの劈開面を露出させるための、例えば方形状に形成さ
れた窓部２を有している。上記本体１には、図示矢印Ａ
及びＡ′方向に摺動自在の保持台３が設けられており、
それぞれの一端には切欠き部４が形成されている。この
切欠き部４は、窓部２より露出されるもので、この切欠
き部４上にバー状の半導体レーザウエハ５及びスペーサ
６が交互に配列されて載置されるようになっている。

【００１６】そして、図示矢印Ｂ及びＢ′方向に摺動自
在の固定治具７が、本体１に設けられている。上記固定
治具７は、最も外側のスペーサ６に対して押圧されるも
ので、この押圧力によって半導体レーザウエハ５及びス
ペーサ６が固定されるようになっている。

【００１７】また、上記治具の本体１には、図２に示さ
れるように、本体１の表裏面を反転させた状態で半導体
レーザウエハ５とスペーサ６の落下防止用に、保持板８
が設けられることが望ましい。

【００１８】次に、このように構成された半導体表面処
理用治具を使用して半導体レーザウエハの前後の発光端
面に光学薄膜を作製する作用について説明する。本体１
の窓部２に配置された保持台３の切欠き部４上に、バー
状に劈開された１個以上の半導体レーザウエハ（図１で
は３個が示されている）５とスペーサ（図１では４個が
示されている）６とが交互に配列される。そして、これ
ら半導体レーザウエハ５とスペーサ６は、保持台３及び
固定治具７により、図示矢印Ａ、Ａ′方向及びＢ、Ｂ′
方向に押圧されて固定される。この後、半導体ウエハ５
の端面に光学薄膜が作製される。

【００１９】上記光学薄膜は、半導体レーザウエハ５の
発光端面に、端面の保護と光出力の効率を向上させるた
めに作製されるものである。ここで、半導体レーザウエ
ハ５の一方の出力端面には低反射膜が、他方の端面には
高反射膜が設けられる。

【００２０】反射率は、低反射膜が２〜２５％程度、高
反射膜は８０〜１００％程度が望ましい。また、反射膜
は、単層膜、多層膜の何れの構成でも良いが、低反射膜
はＡｌ₂ ０₃ 、Ｓｉ０₂ 、ＳｉＮｘ、ＳｉＣ、Ｃ、Ｍｇ
Ｏ等の単層膜が、一方、高反射膜はＡｌ₂ ０₃ 、Ｓｉ０
₂ 、ＳｉＮｘ、Ｃ、ＭｇＯ等とａ−Ｓｉ、Ｃｒ₂ ０₃、
ＴｉＯ₂ 等の屈折率差のある多層膜が望ましい。端面コ
ート膜の作成は、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、スパ
ッタ法、ＣＶＤ方等の作製方法がある。

【００２１】こうして、上記半導体レーザウエハ５の一
方の発光端面に光学薄膜を作製した後、反対側の面の光
学薄膜を作成するために、治具の本体１の表裏面を、例
えば図２（ｃ）に示される状態を図２（ｄ）に示される
状態に反転させる。そして、上述したのと同様にして、
半導体レーザウエハ５の他方の発光端面に光学薄膜が作
製される。

【００２２】このように本実施の形態の半導体表面処理
用治具によれば、半導体ウエハ５の劈開面を露出させる
ための窓部２を有しているため、前後の端面に光学薄膜
を作製する場合、治具本体１の表裏面を反転させること
により、半導体表面処理用治具を交換することなく両端
面に光学薄膜を作製することができる。このため、前後
の端面の処理を行う毎に半導体レーザウエハ５を治具に
取付ける必要がなく、半導体レーザウエハ５とスペーサ
６を配置する工程は１回で済み、作業工程を短縮するこ
とができる。

【００２３】また、半導体レーザウエハ５とスペーサ６
を挟持する固定治具７と、半導体レーザウエハ５とスペ
ーサ６を保持する可動式の保持台３を備えているので、
半導体レーザウエハ５のサイズと本数が変化しても、何
れの場合にも対応が可能である。

【００２４】ところで、半導体レーザウエハの光学薄膜
を作成する端面をスペーサと同じ高さに合わせて治具に
取付ける場合、光学薄膜を作製した後に半導体レーザウ
エハとスペーサを治具から取外す時、光学薄膜が剥がれ
易いという現象があった。これは特に、膜厚が厚くなる
と剥がれ易いものである。この光学薄膜の剥離現象を防
ぐには、スペーサの高さを半導体レーザウエハの光学薄
膜を作製する端面の高さより低くして、光学薄膜を作成
する。

【００２５】図３は、半導体レーザウエハを、端面の高
さが低いスペーサで挟んだ状態の模式図である。図３で
は、半導体レーザウエハ５の前後（同図では上下方向）
の端面の高さが、スペーサ６の高さよりも高くなってい
る。すなわち、スペーサ６の形状は、後述するようにＩ
型の形状に構成されている。しかしながら、半導体レー
ザウエハ５とスペーサ６の高さは二方向共に差を有する
ものでなくとも、少なくとも半導体レーザウエハ５の一
方の端面をスペーサ６の高さより高し、他方を同じ高さ
にするだけでも効果がある。特に、多層膜となる高反射
膜側の端面をスペーサの高さより高くする場合に効果が
大きく、図３に示されるように、両方の端面が露出して
いるのが望ましい。

【００２６】次に、上記スペーサ６について説明する。
スペーサ６の材料は、均一な厚さに加工可能で所定の形
状に加工可能なものであれば特に制限はされない。しか
し、端面コート膜は真空成膜を用い、光学薄膜を作成す
るため、膜の特性に影響がなく、ガスの放出の少ないも
のが望ましい。したがって、スペーサ６の材料として
は、例えば、金属、セラミック、半導体ウエハ等があ
る。金属としては、ＳＵＳ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ、
Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｚｎ−Ｃｕ等が望ましい。また、半
導体ウエハでは、Ｓｉ、ＧａＡｓ等が望ましい。

【００２７】スペーサ６の加工は、半導体レーザウエハ
５の一方の端面をスペーサ６の高さより高くして他方を
同じ高さにする場合は、スペーサ６の幅を半導体レーザ
ウエハ５よりも短くして、短冊状の直方体を作成して行
う。

【００２８】次に、スペーサを図４に示される形状に加
工する方法について説明する。スペーサ６を加工する方
法は、機械加工、またはウエットエッチング、ドライエ
ッチングがある。スペーサ６は、半導体レーザウエハ５
と同じか同程度の厚さが望ましく、数１０μｍから５０
０μｍ程度の厚さのものが望ましい。

【００２９】次に、図５を参照して、ウエットエッチン
グ、ドライエッチングによる作製方法を説明する。先
ず、図５（ａ）に示されるように、金属または半導体ウ
エハを所定のパターンにエッチングする。エッチング方
法には、ウエットエッチング、ドライエッチングがある
が、垂直加工が可能なウエットエッチングによる異方性
エッチング、またはドライエッチングによる垂直加工エ
ッチングが望ましい。尚、所定のパターンに加工できる
ものであれば、この限りではない。

【００３０】次に、図５（ｂ）に示されるように、ダイ
シング、スクライブ、劈開等を用いて、例えば破線に沿
って分離し、所定の形状とする。すると、図５（ｃ）に
示されるように、完成品としてのスペーサ６が作製され
る。

【００３１】以上、図５（ａ）〜（ｃ）に示される作製
方法によれば、図４のように加工しなくともスペーサを
得ることができる。そして、上記作製方法によるスペー
サを用いても、半導体レーザウエハの端面に光学薄膜を
作製することができる。

【００３２】すなわち、先ず、スペーサの幅を半導体レ
ーザウエハよりも短くして短冊状の直方体を作成する。
そして、半導体レーザウエハ５の上方の端面をスペーサ
６の高さより高く、下方を同じ高さにして、短冊状の直
方体と半導体レーザウエハ５を、治具の保持台３の切欠
き部４上に配置し、固定治具７で押圧した後、保持板８
を取付ける。そして、治具本体１の表裏面を反転させ、
半導体レーザウエハ５の端面がスペーサ６の高さより高
い保持板８側を蒸着方向に向けてセットし、端面コート
膜を成膜する。

【００３３】次に、固定治具７を緩めてスペーサ６を端
面コート膜を成膜した半導体レーザウエハ５の端面と同
じ高さにし、反対側の半導体レーザウエハ５の端面をス
ペーサ６の高さより高くした状態で、固定治具７を再度
押し当てて固定を行う。そして、治具本体１の表裏面を
反転させて、反対側の光学薄膜を成膜する。

【００３４】このようにして、光学薄膜を作製しても良
い。以上のように、スペーサの光学薄膜を作製される領
域を半導体レーザウエハの端面よりも短くすることによ
り、光学薄膜の膜剥がれを防止することができる。

【００３５】次に、本実施の形態の半導体表面処理用治
具を使用した具体例について説明する。先ず、具体例１
を説明する。

【００３６】５００μｍ幅に短冊状に劈開された板厚１
２０μｍの半導体レーザウエハと、４８０μｍ幅に短冊
状に劈開された板厚１５０μｍのＧａＡｓスペーサと
を、治具の保持台３の切欠き部４上に交互に配置し、固
定治具７を押圧して治具に固定し、端面コートを行っ
た。

【００３７】そして、半導体レーザウエハとスペーサの
端面の高さが等しい側に、低反射膜のＡｌ₂ Ｏ₃ 膜８５
０オングストロームを成膜する。続いて、治具本体の表
裏面を反転させ、高反射膜の多層膜Ａｌ₂ Ｏ₃ ／ａ−Ｓ
ｉ／Ａｌ₂ ０₃ ／ａーＳｉを６５０オングストローム／
１４００オングストローム／６５０オングストローム／
１４００オングストローム成膜した。成膜後、半導体レ
ーザウエハとスペーサを治具から取外したが、端面に傷
はなく、端面コート膜の剥がれも発生しなかった。

【００３８】次に、具体例２を説明する。スペーサを作
成するために、３００μｍのＳｉウエハにウエットエッ
チングの異方性エッチングを用い垂直加工により、長方
形の貫通穴を作成した。次いで、ダイシングによりＩ型
の形状にして、これをスペーサとした。このときのスペ
ーサの細部の幅は、５５０μｍとした。次に、このスペ
ーサと、６００μｍ幅に短冊状に劈開された板厚１２０
μｍの半導体レーザウエハとを、治具の保持台３の切欠
き部４上に交互に配置し、固定治具７で固定した後、端
面コートを行った。

【００３９】先ず、一方の端面に低反射膜を成膜し、次
に治具の表裏面を反転させ、高反射膜の多層膜を成膜し
た。成膜後、半導体レーザウエハとスペーサを治具から
取外したが、端面に傷はなく、端面コート膜の剥がれも
発生しなかった。

【００４０】次に、上述した半導体表面処理用治具によ
り作製された半導体レーザウエハを用いた半導体レーザ
について説明する。図６は、本発明の実施の形態の半導
体表面処理用治具により作製された半導体レーザの構造
図である。

【００４１】半導体レーザ素子は、ＧａＡｓやＩｎＰ基
板の上にエピタキシャル成長が行われ、結晶中に各動作
領域が設けられる。一般的に、基板にはｎ型の基板が使
用される。材料系としては、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ
系、ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ系、ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａ
ＡｌＰ系等があるが、特に限定されるものではない。

【００４２】エピタキシャル成長方法は、液層エピタキ
シャル、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：molecular beam e
pitaxy）、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＣＶＤ：meta
l organic chemical vapor deposition ）等があるが、
どの方法を用いてもよい。更に、活性相の構造について
も、ダブルヘテロ構造、量子井戸構造等があるが、何れ
の構造を用いてもよい。

【００４３】図６を参照すると、半導体レーザ素子１０
は、ｎ型基板１１上に、ｎ⁺ 型バッファ層１２、ｎ^- 型
クラッド層１３、活性層１４、ｐ^- 型クラッド層１５、
ｐ⁺型キャップ層１６等の所定のエピタキシャル層が連
続的に結晶成長され、更にｐ⁺ 型キャップ層１６上の端
部側には酸化膜１７形成されている。そして、この半導
体レーザ構造に、オーミックコンタクト電極が形成され
る。

【００４４】上記ｐ⁺ 型キャップ層１６上及び酸化膜１
７上に、所定のストライプ幅を有したｐ型電極１８が、
電子ビーム蒸着、スパッタ法等により、所定の厚さに成
膜される。次いで、パターン化が必要な場合は、フォト
レジスト加工、ケミカルエッチング、イオンビームエッ
チング等が用いられて所定のパターンに加工される。そ
の後、合金化の必要な材料についてはアニール処理が行
われる。ｐ型電極１８としては、例えばＡｕ−Ｚｎ／Ａ
ｕ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｍｏ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ
／Ｐｔ／Ａｕ等があるが、オーミックコンタクトが得ら
れればこの限りではない。

【００４５】次に、チップ化の際の劈開を容易にするた
めに、基板１１側が研磨され、ウエハ厚が１００μｍ程
度にされる。この厚さは、キャビティ長（共振器長）の
約１／３以下で良い。キャビテイ長は３００μｍ〜１ｍ
ｍ程度であるが、薄い方が放熱性が良いので、加工性か
らも５０μｍ〜２００μｍが望ましい。但し、劈開面を
使用せず、ドライエッチにより反射面を作製する場合は
この限りではない。

【００４６】次いで、基板１１に対してｐ型電極１８と
反対側に、電子ビーム蒸着、スパッタ法等により、ｎ型
電極１９が所定の厚さに成膜される。ｎ型電極１９とし
ては、例えばＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ／Ａ
ｕ等があり、成膜後、アローイングが行われてｎ型電極
が形成される。

【００４７】更に、はんだ層に薄膜を形成する場合は、
電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタ法等により、
はんだ層２０が形成される。はんだ層２０の材料として
は、ＡｕーＳｎ、ＰｂーＳｎ等が用いられる。

【００４８】次に、所定のキャビティ長の長さに短冊化
が行われる。このとき、レーザ光の出力面は鏡面でない
とレーザ発振が起こらないので、劈開面とするかドライ
エッチングにより発光端面が作製される。発光端面に
は、上記したように、本発明の半導体表面処理用治具を
使用して、端面の保護と光出力の効率を向上させるため
に出力端面に低反射膜、他方の端面に高反射膜が設けら
れる。

【００４９】このようにして作製された半導体レーザチ
ップを、ヒートシンク、他の半導体基板や回路基板等に
接合して実装（ダイボンド）する。ダイボンドの次には
半導体レーザと電気的コンタクトを得るために、上部電
極（ｐ型電極１８）と駆動回路配線（図示せず）とがＡ
ｕ、Ｐｔ等のワイヤでボンディングされる。そして、最
後に、必要に応じてカン封入が行われることにより、半
導体レーザの完成品とされる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光学薄膜
を作製する工程が長くなることなく、半導体レーザウエ
ハの端面に傷を付けることなく安定した特性の光学薄膜
を再現良く作製することのできる半導体表面処理用治具
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体表面処理用治具の一例を示
す模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は同図（ａ）
の窓部の部分の側断面図である。

【図２】図１の半導体表面処理用治具を示す模式図であ
り、（ａ）は下面図、（ｂ）は同図（ａ）の保持板８の
部分の拡大図、（ｃ）は側断面図、（ｄ）は同図（ｃ）
に於ける表裏面を反転させた状態の側断面図である。

【図３】半導体レーザウエハを、端面の高さが低いスペ
ーサで挟んだ状態の模式図である。

【図４】スペーサの形状の一例を示した図である。

【図５】ウエットエッチング、ドライエッチングによる
スペーサの作製方法を説明する図である。

【図６】本発明の実施の形態の半導体表面処理用治具に
より作製された半導体レーザの構造図である。

【符号の説明】

１…本体、２…窓部、３…保持台、４…切欠き部、５…
半導体レーザウエハ、６…スペーサ、７…固定治具、８
…保持板、１０…半導体レーザ素子、１１…ｎ型基板、
１２…ｎ⁺ 型バッファ層、１３…ｎ^- 型クラッド層、１
４…活性層、１５…ｐ^- 型クラッド層、１６…ｐ⁺ 型キ
ャップ層、１７…酸化膜、１８…ｐ型電極、１９…ｎ型
電極、２０…はんだ層。

フロントページの続き (72)発明者 高木 守 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 金森 勝彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−45690（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−84971（ＪＰ，Ｕ) 実公 平６−25971（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザの端面に光学薄膜を作製す
   る半導体表面処理用治具に於いて、 半導体レーザウエハの劈開面を露出させるために治具本
   体に形成された窓部と、 この窓部に第１の方向及びこの第１の方向と反対側の第
   ２の方向に摺動自在に設けられるもので、バー状に劈開
   した少なくとも１つの上記半導体レーザウエハを保持す
   る第１の保持手段と、 この第１の保持手段上に保持されるもので、上記半導体
   レーザウエハと交互に配置されるスペーサと、 上記第１の方向及び第２の方向と異なる第３の方向及び
   この第３の方向と反対側の第４の方向に摺動自在に設け
   られるもので、上記第１の保持手段に保持された上記半
   導体レーザウエハとスペーサを押圧して挟持する固定手
   段と、 を具備し、 上記スペーサは、Ｉ型の形状に構成される ことを特徴と
   する半導体表面処理用治具。
2. 【請求項２】 上記第１の保持手段に設けられて、上記
   半導体レーザウエハとスペーサが上記第１の保持手段か
   ら離脱するのを防止する第２の保持手段を更に具備する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体表面処理用治
   具。