JP3660569B2

JP3660569B2 - 結晶性基板の劈開方法

Info

Publication number: JP3660569B2
Application number: JP2000247424A
Authority: JP
Inventors: 宗久田村; 哲奥
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: JP2002064237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザの製造などに利用される結晶性基板の劈開方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ，半導体光増幅器、半導体光変調器，光導波路素子などの半導体基板を用いた光素子において、劈開面を光入出力端面として用いることが提案されている。光入出力端面となる劈開面を作製する方法として、ダイヤモンドスクライバなどで所定の半導体層が積層された基板の一部に溝を形成し、この溝に沿って劈開を行う手法がある。また、エッチングにより上記基板の一部に溝を形成し、この溝をガイド溝として劈開を行う方法も提案されている。
【０００３】
この劈開方法では、図７に示すように、活性層７０２などの素子が形成された化合物半導体からなる基板７０１を用意し、まず、所望とする劈開面が形成される基板７０１の主表面上の線と、基板７０１の一方の端部とが交差する箇所に、溝７０３を形成する。次いで、溝７０３形成部の基板７０１裏面に、楔形の治具７０６の刃の部分を当て、基板７０１上部より治具７０６方向に所定の力を加えることで、基板７０１の劈開を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の劈開方法では、劈開の位置精度として±１μｍ以上の誤差を含んでいたので、劈開面の厳密な位置制御が非常に困難であるという問題があった。したがって、設計通りの位置で劈開することが困難なため、例えば、上記光素子の素子長が、±１μｍ以内の精度で設計値通りなるように、素子を形成することができなかった。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、従来より精度の高い位置精度で劈開できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶性基板の劈開方法は、結晶性を有する基板の主表面の端部から基板中央部の方向に延在し、底辺が端部に重なる三角形を底面とする三角柱に形成された平面視三角形のガイド溝を形成し、基板の裏面のガイド溝形成部に対向する位置に応力を加え、ガイド溝の延在方向に基板を劈開しようとしたものである。この発明によれば、三角柱のガイド溝の基板中央側先端が、劈開の開始点となる。上記発明において、三角形は、２つの隣辺の長さが等しい二等辺三角形であればよい。また、ガイド溝は、選択的なエッチングにより形成すればよい。
【０００８】
また、本発明の結晶性基板の劈開方法は、結晶性を有する基板の主表面の端部から基板中央部の方向に延在し、底辺が端部に重なる三角形を底面とする平面視三角形状の三角柱部分と、三角形の２つの隣辺の交点である頂点部分に連続する長方形状を底面とする矩形溝部分とからなるガイド溝を形成し、基板の裏面のガイド溝形成部に対向する位置に応力を加え、ガイド溝の延在方向に基板を劈開しようとしたものである。
この発明によれば、ガイド溝の基板中央側の矩形部分の先端が、劈開の嘉一箇所となる。
上記発明において、ガイド溝は、選択的なエッチングにより形成すればよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における劈開方法の参考例を説明するための斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。この例は、図１（ａ）に示すように、例えばｎ形のＩｎＰからなる結晶性の基板１０１上に、活性領域１０２などの素子を形成した後、基板１０１の主表面の端部から基板中央部の方向に延在するように、主ガイド溝１０７とこれに連続した状態で副ガイド溝１０８を形成し、これら形成部分の基板１０１裏面に楔形の治具１０６の刃の部分を当て、基板１０１上部より治具１０６方向に所定の力を加えることで、基板１０１の劈開を行うようにしたものである。
【００１０】
なお、活性領域１０２は、図１（ｂ）に示すように、基板１０１上に形成されたｎ^-形のＩｎＰからなる下部クラッド層１２１と、バンドギャップ波長が１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰからなる活性層１２２と、ｐ^-形のＩｎＰからなる上部クラッド層１２３とからなり、周囲が半絶縁性ＩｎＰからなる埋め込み層１２４で埋め込まれている。すなわち、基板１０１上には、複数のダブルへテロ埋め込みレーザ構造（半導体レーザ）が、等間隔に形成されている。下部クラッド層１２１，活性層１２２，上部クラッド層１２３は、有機金属気相成長法により基板１０１上に各層を構成する化合物半導体を結晶成長し、これらを炭化水素系のエッチングガスを用いたドライエッチングで選択的にエッチングすることにより形成できる。
【００１１】
ここで、主ガイド溝１０７と副ガイド溝１０８に関して説明する。まず、主ガイド溝１０７と副ガイド溝１０８は、平面視中心線が一致し、連続した状態で形成されている。また、副ガイド溝１０８の幅ｗは、主ガイド溝１０７の幅Ｗより狭い。例えば、副ガイド溝１０８の幅ｗは１μｍ以下である。また、副ガイド溝１０８の長さｌは、１μｍ以上あればよい。加えて、副ガイド溝１０８と主ガイド溝１０７とは同じ深さに形成され、主ガイド溝１０７の深さＤは、主ガイド溝１０７の幅Ｗより深く形成されている（Ｄ＞Ｗ）。
【００１２】
つぎに、主ガイド溝１０７，副ガイド溝１０８の形成に関して説明する。まず、図２（ａ）に示すように、上述した活性領域１０２，埋め込み層１２４が形成された基板１０１を用意する。つぎに、約膜厚０，２μｍ程度の酸化シリコン膜を形成し、この上に主ガイド溝を形成するための幅１０μｍ長さ１０００μｍの開口部と、副ガイド溝を形成するための幅１μｍ長さ５μｍの開口部とを備えたレジストパタンを、公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。次いで、例えばＣＦ₄をエッチングガスとした反応性イオンエッチングを用い、レジストパタンをマスクとして酸化シリコン膜を選択的にエッチング除去し、この後レジストパタンを除去することで、図２（ｂ）に示すように、埋め込み層１２４上に、マスクパタン２０１を形成する。
【００１３】
つぎに、マスクパタン２０１をマスクとし、臭化ガスと窒素との混合ガスをエッチングガスとした反応性イオンビームエッチングにより、埋め込み層１２４および基板１０１を所定深さ（約１９μｍ）までエッチングする。この後、図２（ｃ）に示すように、マスクパタン２０１を除去し、活性領域１０２上にリフトオフ法を用いて電極１０９を形成し、基板裏面に電極１１０を形成した。以上のことにより、基板１０１の活性領域１０２の延在方向に平行な端部に、複数の主ガイド溝１０７と副ガイド溝１０８とが形成される。
【００１４】
この後、主ガイド溝１０７形成部分の基板１０１裏面に、図１（ａ）に示した治具１０６の刃の部分を当て、基板１０１の劈開を行うことで、副ガイド溝１０８の形成位置に対して±１μｍ以内の位置精度で劈開され、レーザアレーバー形状が形成される。図１の参考例によれば、主ガイド溝１０７に連結して形成された副ガイド溝１０８が、位置決めのガイドとなり、副ガイド溝１０８の先端部が劈開の開始点となる。このため、図１の参考例によれば、劈開の開始点の位置を、副ガイド溝１０８先端部の幅ｗの１／２程度と、非常に高い精度とすることができる。
【００１５】
つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
図３は、本発明の実施の形態における劈開方法を説明するための斜視図である。本実施の形態では、図３に示すように、基板１０１上に、活性領域１０２，埋め込み層１２４を形成した後、平面視三角形（三角柱）のガイド溝３０１を形成し、ガイド溝３０１形成部分の基板１０１裏面に治具１０６の刃の部分を当て、基板１０１上部より治具１０６方向に所定の力を加えることで、基板１０１の劈開を行うようにしたものである。また、基板１０１（埋め込み層１２４）上に、三角形の頂点に矩形を連結させた形状のガイド溝３０２を形成し、ガイド溝３０１形成部分の基板１０１裏面に治具１０６の刃の部分を当て、基板１０１の劈開を行うようにしたものである。
【００１６】
まず、ガイド溝３０１は、例えば、基板１０１のストライプ状に形成された活性領域１０２に平行な辺（端部）の部分に底辺がある二等辺三角形（図４（ｂ））を底面とする三角柱である。なお、ガイド溝３０１の底面の三角形は、二等辺三角形である必要はなく、２つの隣辺の長さが異なっていてもよい。
また、ガイド溝３０１の底面の三角形は、例えば、三角形の底辺の中点と頂点とを結ぶ線分の頂点側の延在方向が、基板１０１中央部の方向である劈開方向となっていればよい。三角柱の底面が二等辺三角形の場合、劈開方向は、基板１０１のストライプ状に形成された活性領域１０２に平行な辺（端部）に直交する。
【００１７】
治具１０６による劈開作業によって形成される劈開面は、ガイド溝が形成された表面において、応力が最も強く係る部位を結びながら誘導される。三角柱のガイド溝３０１の場合、三角形の辺（溝の側面と底面の交線）に沿って応力が集中し、三角形の頂点（２つの溝側面が交わる箇所の上端部）において最も応力が強くなる。三角柱のガイド溝３０１の辺に沿って劈開面が誘導され、三角形の頂点に終端されることから、劈開面が誘起される部位が、幾何学的に一意に決定される。したがって、三角柱のガイド溝３０１によれば、劈開位置を高精度に決定することができる。
【００１８】
ところで、劈開面の形成位置の精度が、設定した位置から±αずれてもよい場合、ガイド溝３０２のように、三角形の頂点に連続して幅２αの矩形溝を備えるようにしてもよい（図４（ｂ））。この場合、ガイド溝３０２先端に設けられた矩形部分の幅２αの半分（α）の範囲で、劈開位置を制御できる。なお、三角柱のガイド溝を用いる場合は、劈開のために加えられた応力が一点に集中するようになるため、ガイド溝を幅より深く形成する必要はない。
また、本実施の形態のように、ガイド溝３０１，３０２を利用して結晶性基板を劈開する場合、劈開作業用に用いられる楔形の治具の刃の部分を当接させる位置合わせを高精度に行わなくても、劈開面形成位置を高精度に決めることができる。
【００１９】
つぎに、ガイド溝３０１の形成に関して説明する。まず、図５（ａ）に示すように、上述した活性領域１０２，埋め込み層１２４が形成された基板１０１を用意する。つぎに、約膜厚０，２μｍ程度の酸化シリコン膜を形成し、この上にガイド溝を形成するための先端の角度４°，底辺から先端まで１０００μｍの二等辺三角形の開口部を備えたレジストパタンを、公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。次いで、例えばＣＦ₄をエッチングガスとした反応性イオンエッチングを用い、レジストパタンをマスクとして酸化シリコン膜を選択的にエッチング除去し、この後レジストパタンを除去することで、図５（ｂ）に示すように、埋め込み層１２４上に、マスクパタン５０１を形成する。
【００２０】
つぎに、マスクパタン５０１をマスクとし、ハロゲン系の混合ガスをエッチングガスとした反応性イオンビームエッチングにより、埋め込み層１２４および基板１０１を所定深さ（約３μｍ）までエッチングする。この後、図５（ｃ）に示すように、マスクパタン５０１を除去し、活性領域１０２上にリフトオフ法を用いて電極１０９を形成し、基板裏面に電極１１０を形成した。以上のことにより、基板１０１の活性領域１０２の延在方向に平行な端部に、複数のガイド溝３０１が形成される。
【００２１】
この後、ガイド溝３０１形成部分の基板１０１裏面に、治具１０６（図３）の刃の部分を当て、基板１０１の劈開を行うことで、ガイド溝３０１の頂点位置から劈開され、レーザアレーバー形状が形成される。本実施の形態によれば、三角柱のガイド溝３０１が、位置決めのガイドとなり、ガイド溝３０１の三角形の頂点部が劈開の開始点となる。このため、本実施の形態によれば、劈開の開始点の位置を、上記頂点位置に一意に決定でき、非常に高い精度とすることができる。なお、図３および図４（ｂ）に示したガイド溝３０２も、上述したことにより、ガイド溝３０１と同様に形成できる。
【００２２】
以上のようにして劈開した場合の劈開の開始位置が、設定した位置からずれた距離を測定した結果を、図６に示す。まず、図６（ａ）は、図１に示した主ガイド溝１０７，副ガイド溝１０８を形成して劈開した場合を示している。主ガイド溝１０７，副ガイド溝１０８を用いた場合、図６（ａ）に示されるように、設定位置に対して、±１μｍ以内の位置精度で劈開を行うことができた。
【００２３】
また、図６（ｂ）は、図３および図４（ａ）に示した三角柱のガイド溝３０１を形成して劈開した場合を示している。三角柱のガイド溝３０１を用いた場合、図６（ｂ）に示されるように、設定位置に対して±１μｍ以内の位置精度で劈開を行うことができた。
また、図６（ｃ）は、図３および図４（ｂ）に示したガイド溝３０２を形成して劈開をした場合を示している。先端に幅１μｍの矩形溝を連結した三角柱のガイド溝３０２を用いた場合、図６（ｃ）に示されるように、設定位置に対して±０．５μｍ以内の位置精度で劈開を行うことができた。
なお、上述では、ＩｎＰを基板とした半導体レーザを形成する場合を例に説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えばＧａＡｓを基板とした半導体レーザの出射端面を形成するための劈開に適用できることはいうまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、劈開の開始位置を精度よく制御できるので、従来より精度の高い位置精度で劈開できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における劈開方法を説明するための参考例を示す斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図２】図１に示す形態の劈開方法を説明するための工程図である。
【図３】本発明の実施の形態における劈開方法を説明するための斜視図である。
【図４】図３に示す実施の形態におけるガイド溝の形状を示す平面図である。
【図５】本発明の他の形態における劈開方法を説明するための工程図である。
【図６】本発明の実施の形態における効果を示す統計図である。
【図７】従来の劈開方法を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１０１…基板、１０２…活性領域、１０６…治具、１０７…主ガイド溝、１０８…副ガイド溝、１０９，１１０…電極、１２１…下部クラッド層、１２２…活性層、１２３…上部クラッド層、１２４…埋め込み層、３０１，３０２…ガイド溝。

Claims

結晶性を有する基板の主表面の端部から前記基板中央部の方向に延在し、底辺が前記端部に重なる三角形を底面とする三角柱に形成された平面視三角形のガイド溝を形成し、
前記基板の裏面の前記ガイド溝形成部に対向する位置に応力を加え、
前記ガイド溝の延在方向に前記基板を劈開する
ことを特徴とする結晶性基板の劈開方法。
請求項１記載の結晶性基板の劈開方法において、前記三角形は、２つの隣辺の長さが等しい二等辺三角形であることを特徴とする結晶性基板の劈開方法。
請求項１または２記載の結晶性基板の劈開方法において、前記ガイド溝は、選択的なエッチングにより形成することを特徴とする結晶性基板の劈開方法。
結晶性を有する基板の主表面の端部から前記基板中央部の方向に延在し、底辺が前記端部に重なる三角形を底面とする平面視三角形状の三角柱部分と、前記三角形の２つの隣辺の交点である頂点部分に連続する長方形状を底面とする矩形溝部分とからなるガイド溝を形成し、
前記基板の裏面の前記ガイド溝形成部に対向する位置に応力を加え、
前記ガイド溝の延在方向に前記基板を劈開する
ことを特徴とする結晶性基板の劈開方法。
請求項４記載の結晶性基板の劈開方法において、前記ガイド溝は、選択的なエッチングにより形成することを特徴とする結晶性基板の劈開方法。