JP3634538B2 - Semiconductor laser device manufacturing method and semiconductor laser device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、DVD(デジタル ビデオ ディスク)やレーザポインタ等に使用される赤色発光などの半導体レーザ素子の製造方法およびその半導体レーザ素子を用いた半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
上述した赤色発光の半導体レーザ素子として、図3(a)に示すものが知られている(特開平5−7050号)。この半導体レーザ素子は、ここでは詳述を避けるが、AlGaInP系材料からなる多重量子井戸層により構成される活性層34がp型半導体層35およびn型半導体層36により挟まれている。基板45側には電極42aが設けられ、半導体積層構造側には電極42bが設けられている。この半導体レーザ素子31の取付けは、半導体積層構造側をSiCサブマウント33側に配し、かつ、AuSnろう材32を介してSiCサブマウント33上にダイボンディングされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この半導体レーザ素子31においては、各半導体層を分子線成長法(MBE法)または有機金属気相成長法(MOCVD法)により成長させているので薄膜の層厚制御には優れているが、液相成長法に比べて成長速度が遅いため、厚い層を成長させるのに時間を要する。また、放熱効果を高めるために活性層34からダイボンド面37までの厚みを薄くする必要があり、約2μmという薄さになっているため、サブマウント33上にろう材32を介してダイボンディングする際に、ろう材32が加熱処理によりチップ側面の活性層34を含むpn接合面まではい上がり、電気的に短絡状態になる。このことは、半導体レーザ素子の実装工程における歩留り低下の要因の1つになる。
【0004】
また、従来の他の半導体レーザ素子として、図3(b)に示すものが知られている(特開平7−283439号)。この半導体レーザ素子の場合は、活性層44を含む領域49の側面に設けた溝に絶縁材48を形成し、この絶縁材48にて活性層44を挟むp層とn層との間の電気的短絡を防止している。その絶縁材48を設ける溝は、ダイヤモンドブレード等を使用して形成され、幅が約50μm乃至80μm、深さ50μm乃至150μmとなっている。
【0005】
ところで、絶縁材により電気的短絡の防止を図るべく、前記ダイヤモンドブレード等を用いる力学的な溝形成方法を、特開平5−7050号の赤色半導体レーザ素子に適用する場合は、チップの厚さが約100μm、チップ幅が約250μm乃至300μmの小さなチップであり、活性層およびその活性層を構成する多重量子井戸の各層の厚みが極めて薄いため、それらの結晶性が破壊され、素子信頼性の低下につながるという問題がある。
【0006】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであり、信頼性を低下させることなくダイボンディングの際の電気的短絡を防ぐことができる半導体レーザ素子の製造方法および半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に半導体積層構造を有し、V溝の半体からなる傾斜部を有する半導体積層構造側を設置部側としてAu−Snろう材を介して所定の設置部にボンディングされ、端面からレーザ光を出射する半導体レーザ素子の製造方法であって、ウェハー基板上に複数の半導体層からなる半導体積層構造を形成する工程と、該半導体積層構造にエッチングを施して、活性層を含むpn接合部に達するとともに、両側の露出面が(111)A面の結晶面と、断面視で前記ウエハ基板の前記半導体積層構造が形成された面に対して前記(111)A面の結晶面がなす角度と同じ角度で該(111)A面の結晶面と反対側に傾斜する(111)面の結晶面となったV溝を形成する工程と、各V溝の両側の露出面をAl2O3またはSiNからなる絶縁材によって覆う工程と、該絶縁材で覆われたV溝と交差する方向に基板分割すると共に該絶縁材で覆われた各V溝で基板分割し、半導体積層構造の両縁部に、該絶縁材で覆われたV溝の半体からなる傾斜部を有するチップ状にする工程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【0008】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、基板分割するに際し、該絶縁材で覆われたV溝とは反対側にけがき線を予め入れておいた上で基板分割するのが好ましい。
【0009】
本発明の半導体レーザ装置は、所定の設置部に半導体レーザ素子が設置されてなる半導体レーザ装置であって、上記半導体レーザ素子の製造方法により製造された半導体レーザ素子が、前記絶縁材で覆われたV溝の半体からなる傾斜部を有する半導体積層構造側を前記設置部側として、Au−Snろう材を介してダイボンディングされ、そのことにより上記目的が達成される。
【0010】
以下、本発明の作用について説明する。
【0011】
本発明の半導体レーザ素子にあっては、エッチングにより活性層を含むpn接合部に達するV溝を形成しているので、活性層が薄層であってもその結晶性が破壊されない。このとき、けがき線を入れておくことにより、切断が容易になる。
さらに、V溝の半体からなる傾斜部を有する半導体積層構造側を設置部側としてAu−Snろう材を介して所定の設置部にボンディングされても、V溝の両側の露出面をAl2O3またはSiNからなる絶縁材によって覆われるので、p層とn層との電気的な短絡が生じない。
【0012】
また、本発明の半導体レーザ装置は、このようにして作製された半導体レーザ素子を、Al2O3またはSiNからなる絶縁材で覆われたV溝の半体からなる傾斜部を有する半導体積層構造側を前記設置部側として、Au−Snろう材を介してダイボンディングしているので、ダイボンディング用のAu−Snろう材がはい上がっても、傾斜部がAl2O3またはSiNからなる絶縁材で覆われているので、p層とn層との電気的な短絡が生じない。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0014】
図1は、本発明に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【0015】
この半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子1の半導体積層構造側がSiCサブマウント3側に配され、かつ、半導体レーザ素子1がAuSnろう材2を介してSiCサブマウント3上にダイボンディングされている。
【0016】
上記半導体レーザ素子1は、n型基板15の上にn型バッファ層8a、8bが形成され、バッファ層8bの上にn型半導体層6、AlGaInP系材料からなる多重量子井戸層により構成される活性層4、p型半導体層5、およびエッチングストップ層9aが形成されている。エッチングストップ層9aの上には、p型クラッド層9b、p型中間層9cおよびp型コンタクト層9dからなるメサ部が形成され、そのメサ部の両側にn型電流阻止層9eが形成されている。また、基板15と電流阻止層9eとの各々に電極12a、12bが形成されている。
【0017】
また、半導体積層構造のレーザ出射端面と垂直な側面において、図下側の電極12bから半導体層6までにわたって傾斜した結晶面10a、10bが形成されている。この結晶面10a、10bは、n型半導体層6とp型半導体層5とで挟まれた活性層4を少なくとも含むように形成する。前記結晶面10a、10bには、共に絶縁膜11がコーティングされ、ダイボンディングの際のろう材2のはい上がりによるpn接合部の電気的短絡を、この絶縁膜11が保護している。
【0018】
この半導体レーザ素子1は、例えば以下のようにして作製される。
【0019】
まず、図2(a)に示すように、ウェハー基板25上に半導体積層構造を形成する。この半導体積層構造は、n型バッファ層8aおよび8bと、n型半導体層6と、活性層4と、p型半導体層5と、エッチングストップ層9aと、p型クラッド層9b、p型中間層9cおよびp型コンタクト層9dからなるメサ部と、そのメサ部の両側のn型電流阻止層9eとからなる。このときの成長法としては、MBE法またはMOCVD法等を用いることができる。
【0020】
次に、基板側に電極12aを形成すると共に、半導体積層構造側に電極12bを形成する。ダイボンディングされる側の電極12bについては、後の工程で半導体積層構造をエッチング除去する部分を予め選択的に除去しておく。
【0021】
続いて、図2(b)に示すように、半導体積層構造のレーザ出射端面(図では紙面に平行な面)と交差する方向(図では紙面に垂直な方向)のストライプ状にエッチングして、活性層4を含むpn接合部をV溝状に露出させる。このとき、ストライプ状のV溝13内で露出した結晶面10aは(111)面であり、結晶面10bは(111)A面であり、結晶面10aと電極12bとのなす角度と、結晶面10bと電極12bとのなす角度とを54゜にした。したがって、結晶面10aの(111)面は、図2(b)に示すように、断面視でウエハ基板25の半導体積層構造が形成された面に対して、(111)A面の結晶面10bがなす角度と同じ角度で(111)A面の結晶面10bと反対側に傾斜するものである。
なお、V溝13の深さは深いほど有効であるが、構造上、ダイボンド面7から活性層4を含むpn接合部が露出される深さであれば、それ以上に深くする必要はない。本実施形態では、活性層4からダイボンド面7までの厚みが約2μm程度であったので、V溝13の深さを約5μm程度とした。従って、前の工程でエッチングのために電極12bを予め除去しておく幅は、2×5μm×tan54゜=約7.3μmとすればよい。
【0022】
その後、V溝13内の結晶面10a、10bを絶縁材11でコーティングする。絶縁材11としては、Al2O3またはSiNからなるものを用い、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法またはCVD法等によりコーティングすることができる。
【0023】
次に、ウェハー基板から複数の半導体レーザチップを含むバー状態に切り出し、つまり基板分割し、レーザ出射端面である(001)へき開面に端面保護膜(図示せず)をコーティングする。
【0024】
続いて、基板25側にストライプ状のV溝13に沿うように、バーをチップに分割するためのけがき線14を入れ、このけがき線14によって個々の半導体レーザチップに切り出し、つまり基板分割することにより図1に示した半導体レーザ素子1が完成する。
【0025】
このようにして得られた半導体レーザ素子1は、エッチングにより活性層を含むpn接合部に達するV溝13を形成しているので、pn接合部の結晶性が破壊されず、結晶面10a、10bの状態が良好であった。
【0026】
得られた半導体レーザ素子1を、DVDやレーザーポインタ等の半導体装置に実装するため、半導体積層構造側をSiCサブマウント3側に配してAuSnろう材2を介してダイボンディングした。その結果、活性層4を含むpn接合部が絶縁材11によりコーティングされているので、ろう材2による電気的短絡が生じず、実装工程の歩留りを向上することができた。
【0027】
なお、本実施形態では、特開平5−7050号公報に開示されているような赤色半導体レーザ素子の製造に本発明を適用した例について説明したが、半導体積層構造側を半導体レーザ装置の設置部側に配してダイボンドされる半導体レーザ素子であれば、どのような構造の半導体レーザ素子であっても本発明を適用することが可能である。
【0028】
以上に詳述したように、本発明によれば、エッチングにより活性層を含むpn接合部に達するV溝を形成しているので、pn接合部の結晶性が破壊されず、出射効率が高く信頼性の良好な半導体レーザ素子が得られる。このとき、けがき線を入れておくことにより、切断が容易になる。また、ダイボンド面からpn接合部までの厚みを薄くすることができるので、放熱効果が高く信頼性が良好な半導体レーザ素子が得られる。
さらに、V溝の半体からなる傾斜部を有する半導体積層構造側を設置部側としてAu−Snろう材を介して所定の設置部にボンディングされても、V溝の両側の露出面をAl2O3またはSiNからなる絶縁材によって覆われるので、p層とn層との電気的な短絡が生じない。
【0029】
また、本発明の半導体レーザ装置は、このようにして作製された半導体レーザ素子を、Al2O3またはSiNからなる絶縁材で覆われたV溝の半体からなる傾斜部を有する半導体積層構造側を前記設置部側として、Au−Snろう材を介してダイボンディングしているので、ダイボンディング用のAu−Snろう材がはい上がっても、傾斜部がAl2O3またはSiNからなる絶縁材で覆われているので、p層とn層との電気的な短絡が生じない。よって、実装工程における歩留りを向上させることができるので、半導体レーザ装置の低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図2】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための工程図(断面図)である。
【図3】従来の半導体レーザ素子を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ素子
2 ろう材
3 サブマウント
4 活性層
5 p型半導体層
6 n型半導体層
8a、8b バッファ層
9a エッチングストップ層
9b クラッド層
9c 中間層
9d コンタクト層
9e 電流阻止層
10a、10b 結晶面
11 絶縁材
12a、12b 電極
13 溝
14 けがき線
15 基板
25 ウェハー基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor laser element such as a red light emission used for a DVD (digital video disk) or a laser pointer, and a semiconductor laser device using the semiconductor laser element.
[0002]
[Prior art]
As the above-described red-emitting semiconductor laser element, one shown in FIG. 3A is known (Japanese Patent Laid-Open No. 5-7050). In this semiconductor laser element, although not described in detail here, an
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this
[0004]
As another conventional semiconductor laser element, one shown in FIG. 3B is known (Japanese Patent Laid-Open No. 7-283439). In the case of this semiconductor laser element, an
[0005]
By the way, when applying the dynamic groove forming method using the diamond blade or the like to the red semiconductor laser element of Japanese Patent Laid-Open No. 5-7050 in order to prevent an electrical short circuit with an insulating material, the thickness of the chip is small. This is a small chip of about 100 μm and a chip width of about 250 μm to 300 μm. The thickness of each layer of the active layer and the multiple quantum well constituting the active layer is extremely thin, so that their crystallinity is destroyed and the device reliability is lowered. There is a problem that leads to.
[0006]
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and a semiconductor laser device manufacturing method and semiconductor capable of preventing an electrical short circuit during die bonding without degrading reliability. An object is to provide a laser device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention has a semiconductor laminated structure on a substrate, and a semiconductor laminated structure side having an inclined portion formed of a half of a V-groove is set as an installation part side through an Au—Sn brazing material. A method of manufacturing a semiconductor laser device that is bonded to an installation portion of the semiconductor laser and emits a laser beam from an end surface, the method comprising: forming a semiconductor multilayer structure comprising a plurality of semiconductor layers on a wafer substrate; and etching the semiconductor multilayer structure To reach the pn junction including the active layer, and the exposed surfaces on both sides of the (111) A crystal plane and the surface of the wafer substrate on which the semiconductor multilayer structure is formed in a cross-sectional view ( A step of forming a V-groove having a crystal face of the (111) face inclined to the opposite side of the crystal face of the (111) A face at the same angle as the angle formed by the crystal face of the (111) A face; The exposed surface on both sides of A a step of covering with an insulating material made of l 2 O 3 or SiN, dividing the substrate in a direction intersecting with the V-groove covered with the insulating material, and dividing the substrate with each V-groove covered with the insulating material; And the step of forming a chip having an inclined portion made of a half of a V-groove covered with the insulating material at both edges of the structure, whereby the above object is achieved.
[0008]
In the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, it is preferable to divide the substrate after previously putting a marking line on the side opposite to the V groove covered with the insulating material.
[0009]
The semiconductor laser device of the present invention is a semiconductor laser device in which a semiconductor laser element is installed in a predetermined installation portion, and the semiconductor laser element manufactured by the semiconductor laser element manufacturing method is covered with the insulating material. Further, the semiconductor laminated structure side having the inclined portion formed of the half of the V-groove is used as the installation portion side, and die bonding is performed through the Au—Sn brazing material, thereby achieving the above object.
[0010]
The operation of the present invention will be described below.
[0011]
In the semiconductor laser device of the present invention, since the V-groove reaching the pn junction including the active layer is formed by etching, the crystallinity is not destroyed even if the active layer is a thin layer. At this time, cutting is facilitated by putting a marking line.
Further, even if the semiconductor laminated structure side having the inclined portion formed of the half of the V-groove is used as the installation portion side and bonded to a predetermined installation portion via the Au—Sn brazing material, the exposed surfaces on both sides of the V-groove are Al 2. Since it is covered with an insulating material made of O 3 or SiN, an electrical short circuit between the p layer and the n layer does not occur.
[0012]
Further, the semiconductor laser device of the present invention has a semiconductor laminated structure in which the semiconductor laser device manufactured in this way has an inclined portion made of a half of a V groove covered with an insulating material made of Al 2 O 3 or SiN. Since the side is the installation part side and die bonding is performed via an Au—Sn brazing material, even if the Au—Sn brazing material for die bonding rises, the inclined portion is made of Al 2 O 3 or SiN. Since it is covered with the material, an electrical short circuit between the p layer and the n layer does not occur.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to the present invention.
[0015]
In this semiconductor laser device, the semiconductor layered structure side of the
[0016]
The
[0017]
Further, on the side surface perpendicular to the laser emission end face of the semiconductor laminated structure, crystal faces 10a and 10b inclined from the
[0018]
The
[0019]
First, as shown in FIG. 2A, a semiconductor laminated structure is formed on a
[0020]
Next, the
[0021]
Subsequently, as shown in FIG. 2B, etching is performed in a stripe shape in a direction (perpendicular to the paper surface in the drawing) intersecting with the laser emission end surface of the semiconductor laminated structure (a surface parallel to the paper surface in the drawing). The pn junction including the
The deeper the V-
[0022]
Thereafter, the crystal faces 10 a and 10 b in the
[0023]
Next, the wafer substrate is cut into a bar state including a plurality of semiconductor laser chips, that is, divided into substrates, and an end face protective film (not shown) is coated on the (001) cleaved surface which is the laser emission end face.
[0024]
Subsequently, a marking
[0025]
Since the
[0026]
In order to mount the obtained
[0027]
In this embodiment, the example in which the present invention is applied to the manufacture of a red semiconductor laser device as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-7050 has been described. The present invention can be applied to any semiconductor laser element having any structure as long as it is disposed on the side and die-bonded.
[0028]
As described in detail above, according to the present invention, since the V-groove reaching the pn junction including the active layer is formed by etching, the crystallinity of the pn junction is not destroyed, and the emission efficiency is high and reliable. A semiconductor laser element with good characteristics can be obtained. At this time, cutting is facilitated by putting a marking line. In addition, since the thickness from the die bond surface to the pn junction can be reduced, a semiconductor laser element having a high heat dissipation effect and good reliability can be obtained.
Further, even if the semiconductor laminated structure side having the inclined portion formed of the half of the V-groove is used as the installation portion side and bonded to a predetermined installation portion via the Au—Sn brazing material, the exposed surfaces on both sides of the V-groove are Al 2. Since it is covered with an insulating material made of O 3 or SiN, an electrical short circuit between the p layer and the n layer does not occur.
[0029]
Further, the semiconductor laser device of the present invention has a semiconductor laminated structure in which the semiconductor laser device manufactured in this way has an inclined portion made of a half of a V groove covered with an insulating material made of Al 2 O 3 or SiN. Since the side is the installation part side and die bonding is performed via an Au—Sn brazing material, even if the Au—Sn brazing material for die bonding rises, the inclined portion is made of Al 2 O 3 or SiN. Since it is covered with the material, an electrical short circuit between the p layer and the n layer does not occur. Therefore, since the yield in the mounting process can be improved, the cost of the semiconductor laser device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram (cross-sectional view) for explaining a method of manufacturing a semiconductor laser element according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor laser device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
ウェハー基板上に複数の半導体層からなる半導体積層構造を形成する工程と、
該半導体積層構造にエッチングを施して、活性層を含むpn接合部に達するとともに、両側の露出面が(111)A面の結晶面と、断面視で前記ウエハ基板の前記半導体積層構造が形成された面に対して前記(111)A面の結晶面がなす角度と同じ角度で該(111)A面の結晶面と反対側に傾斜する(111)面の結晶面となったV溝を形成する工程と、
各V溝の両側の露出面をAl2O3またはSiNからなる絶縁材によって覆う工程と、
該絶縁材で覆われたV溝と交差する方向に基板分割すると共に該絶縁材で覆われた各V溝で基板分割し、半導体積層構造の両縁部に、該絶縁材で覆われたV溝の半体からなる傾斜部を有するチップ状にする工程とを含む半導体レーザ素子の製造方法。The semiconductor laminated structure on the substrate is bonded to a predetermined installation portion through an Au-Sn brazing material with the semiconductor laminated structure side having an inclined portion formed of a half of a V groove as the installation portion side, and laser light is emitted from the end face. A method for manufacturing a semiconductor laser device that emits light,
Forming a semiconductor multilayer structure composed of a plurality of semiconductor layers on a wafer substrate;
Etching is performed on the semiconductor multilayer structure to reach a pn junction including the active layer, and the semiconductor multilayer structure of the wafer substrate is formed in a cross-sectional view, with the exposed surfaces on both sides being the (111) A plane crystal plane. A V-groove having a (111) plane crystal plane inclined at the same angle as the (111) A plane crystal plane and the opposite side of the (111) A plane crystal plane is formed. And a process of
Covering the exposed surfaces on both sides of each V-groove with an insulating material made of Al 2 O 3 or SiN;
The substrate is divided in a direction intersecting with the V-groove covered with the insulating material, and the substrate is divided with each V-groove covered with the insulating material, and the V-layer covered with the insulating material is formed at both edges of the semiconductor stacked structure. And a step of forming a chip having an inclined portion made of a half of a groove.
請求項1または2に記載の半導体レーザ素子の製造方法により製造された半導体レーザ素子が、前記絶縁材で覆われたV溝の半体からなる傾斜部を有する半導体積層構造側を前記設置部側として、Au−Snろう材を介してダイボンディングされている半導体レーザ装置。A semiconductor laser device in which a semiconductor laser element is installed in a predetermined installation part,
Claim 1 or the semiconductor laser element manufactured by the manufacturing method of the semiconductor laser device according to 2, wherein the installation portion of the semiconductor multilayer structure side having an inclined portion formed of a half of the V-groove which is covered with an insulating material and, the semiconductor laser device that is die-bonded via the Au-Sn brazing material.
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