JP5225639B2 - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ストライプ構造の半導体レーザ素子の製造方法に関する。

ストライプ構造の半導体レーザ素子は、例えば非特許文献１に記載されているように製造されるのが従来一般的である。

すなわち、まず、半導体レーザ素子となる複数の半導体レーザ部が２次元マトリックス状に配列された加工対象物を用意する。そして、その加工対象物に対し、半導体レーザ部間においてストライプ方向と直交する方向に延在する切断予定ラインの端部に沿って、ダイヤモンドカッタ等のスクライバで罫書きを入れる（１次スクライブ）。続いて、その罫書きを起点として加工対象物を切断予定ラインに沿って劈開させることにより、複数の半導体レーザ部が１次元に配列されたバーを複数得る。

その後、バーにおいてストライプ方向と直交する劈開面に、保護膜や反射制御膜となる誘電体膜をコーティングする。そして、そのバーに対し、半導体レーザ部間においてストライプ方向に延在する切断予定ラインに沿って、ダイヤモンドカッタ等のスクライバで罫書きを入れる（２次スクライブ）。続いて、その罫書きを起点としてバーを切断予定ラインに沿って劈開させることにより、半導体レーザ素子を複数得る。

なお、１次スクライブによる罫書きを起点として加工対象物を劈開させることによりバーを複数得た後に、複数のバーのそれぞれに対して２次スクライブを行うのは、次の理由による。つまり、加工対象物に対して１次スクライブ及び２次スクライブの双方を予め行うと、１次スクライブによる罫書きを起点として加工対象物を劈開させる際に、２次スクライブによる罫書きが影響して、精度の良い劈開面を有するバーが得られないおそれがあるからである。
平田照二著、「わかる 半導体レーザの基礎と応用」、第３版、ＣＱ出版株式会社、２００４年８月１日、ｐ．１２１−１２４

上述したように、従来一般的な半導体レーザ素子の製造方法にあっては、加工対象物を劈開させることによって得られた複数のバーのそれぞれに対して２次スクライブを行わなければならないため、作業が極めて煩雑であり、生産性が低いという問題がある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、生産性の高い半導体レーザ素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、ストライプ構造の半導体レーザ素子の製造方法であって、半導体レーザ素子となる複数の半導体レーザ部が２次元に配列された加工対象物に対し、半導体レーザ部間においてストライプ方向と直交する方向に延在する第１の切断予定ラインの少なくとも一部に沿って、第１の切断起点領域を形成すると共に、加工対象物に対し、その内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、半導体レーザ部間においてストライプ方向に延在する第２の切断予定ラインに沿って、改質領域を有する第２の切断起点領域を形成する工程と、第１の切断起点領域を起点として加工対象物を第１の切断予定ラインに沿って切断することにより、複数の半導体レーザ部が１次元に配列されたバーを複数得る工程と、第２の切断起点領域を起点としてバーを第２の切断予定ラインに沿って切断することにより、半導体レーザ素子を複数得る工程と、を含み、第１及び第２の切断起点領域を形成する工程では、第２の切断起点領域を起点として加工対象物を第２の切断予定ラインに沿って切断するのに要する第２の切断力が、第１の切断起点領域を起点として加工対象物を第１の切断予定ラインに沿って切断するのに要する第１の切断力よりも大きくなるように、第２の切断予定ラインに沿って、第２の切断起点領域を形成することを特徴とする。

この半導体レーザ素子の製造方法では、加工対象物に対して、第１の切断予定ラインの少なくとも一部に沿っての第１の切断起点領域の形成、及び第２の切断予定ラインに沿っての第２の切断起点領域の形成の双方を予め行う。ここで、第２の切断起点領域は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより形成される改質領域を有するものである。これにより、第１の切断起点領域を起点として加工対象物を切断する際に、例えば罫書き等に比べて第２の切断起点領域の影響力が小さくなり、精度の良い劈開面を有するバーを得ることができる。従って、複数のバーのそれぞれに対して、第２の切断予定ラインに沿っての第２の切断起点領域の形成を行うことが不要となり、半導体レーザ素子の生産性を向上させることが可能となる。なお、第１の切断予定ラインの少なくとも一部に沿っての第１の切断起点領域の形成、及び第２の切断予定ラインに沿っての第２の切断起点領域の形成は、順序不同である。

本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法においては、第１及び第２の切断起点領域を形成する工程では、第２の切断起点領域を起点として加工対象物を第２の切断予定ラインに沿って切断するのに要する第２の切断力が、第１の切断起点領域を起点として加工対象物を第１の切断予定ラインに沿って切断するのに要する第１の切断力よりも大きくなるように、第２の切断予定ラインに沿って、第２の切断起点領域を形成する。このように第２の切断起点領域を形成することで、第１の切断起点領域を起点として加工対象物を切断する際に、第２の切断起点領域を起点として加工対象物が切断されるような事態を確実に防止することができる。

本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法においては、第１及び第２の切断起点領域を形成する工程では、加工対象物に対し、第２の切断予定ラインに沿った部分のうち、第１の切断予定ラインと交差する部分を除いて、第２の切断予定ラインに沿って、第２の切断起点領域を形成することが好ましい。このように第２の切断起点領域を形成することで、第１の切断起点領域を起点として加工対象物を切断する際に、第２の切断起点領域の影響力をより一層小さくすることができ、精度の良い劈開面を有するバーを確実に得ることが可能となる。

本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法においては、第１及び第２の切断起点領域を形成する工程では、加工対象物に対し、その内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、第１の切断予定ラインの少なくとも一部に沿って、改質領域を有する第１の切断起点領域を形成することが好ましい。この場合、加工対象物に対する第１の切断起点領域の形成及び第２の切断起点領域の形成の双方を、レーザ加工装置のみを用いて予め行うことができ、半導体レーザ素子の生産性をより一層向上させることが可能となる。

このとき、第１及び第２の切断起点領域を形成する工程では、加工対象物に対し、第１の切断予定ラインに沿った部分のうち、半導体レーザ素子の共振面となる部分を除いて、第１の切断予定ラインに沿って、第１の切断起点領域を形成することが好ましい。これにより、半導体レーザ素子の共振面において、レーザ光が散乱したり、レーザ光の反射率が低下したりするのを防止することができる。

本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法においては、バーを複数得る工程と半導体レーザ素子を複数得る工程との間に、バーにおいてストライプ方向と直交する端面に誘電体膜を形成する工程を含むことが好ましい。これにより、半導体レーザ素子の共振面となる部分に、保護膜や反射制御膜を効率良く形成することができる。

本発明によれば、半導体レーザ素子の生産性を向上させることが可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法においては、板状の加工対象物に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。

そこで、まず、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法における改質領域の形成について、図１〜図９を参照して説明する。

図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ光（加工用レーザ光）Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。

このレーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域が加工対象物１に形成されることとなる。以下、この改質領域について詳細に説明する。

図２に示すように、板状の加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示すように、加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４〜図６に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。

なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。また、改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。

ちなみに、ここでは、レーザ光Ｌが、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。

ところで、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法にて形成される改質領域は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。例えば、（１）溶融処理領域、（２）クラック領域、絶縁破壊領域、（３）屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。

本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法における改質領域は、レーザ光の局所的な吸収や多光子吸収という現象により形成される。多光子吸収とは、材料の吸収のバンドギャップＥ_Ｇよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となるため、材料に吸収が生じる条件はｈν＞Ｅ_Ｇであるが、光学的に透明でも、レーザ光Ｌの強度を非常に大きくするとｎｈν＞Ｅ_Ｇの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる現象をいう。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。

また、D.Du,X.Liu,G.Korn,J.Squier,and G.Mourou,”Laser Induced Breakdown by Impact Ionization in SiO₂ with Pulse Widths from 7ns to 150fs”,Appl Phys Lett64(23),Jun.6,1994に記載されているようにパルス幅が数ピコ秒からフェムト秒の超短パルスレーザ光を利用することにより形成される改質領域を利用してもよい。
（１）改質領域が溶融処理領域を含む場合

加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌを照射する。これにより、集光点近傍にてレーザ光Ｌが吸収されて加工対象物の内部が局所的に加熱され、この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。

溶融処理領域とは、一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。

図７は、レーザ光が照射されたシリコンウェハ（半導体基板）の一部における断面の写真を表した図である。図７に示すように、半導体基板１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。

入射するレーザ光の波長に対して透過性の材料の内部に溶融処理領域１３が形成されたことを説明する。図８は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示す線図である。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係を示した。

例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光Ｌが８０％以上透過することが分かる。図７に示す半導体基板１１の厚さは３５０μｍであるので、溶融処理領域１３は半導体基板１１の中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にすると、９０％以上なので、レーザ光Ｌが半導体基板１１の内部で吸収されるのは僅かであり、殆どが透過する。しかし、１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌをシリコンウェハ内部に集光することで集光点とその近傍で局所的にレーザ光が吸収され溶融処理領域１３が半導体基板１１の内部に形成される。

なお、シリコンウェハには、溶融処理領域を起点として亀裂が発生する場合がある。また、溶融処理領域に亀裂が内包されて形成される場合があり、この場合には、その亀裂が、溶融処理領域においての全面に渡って形成されていたり、一部分のみや複数部分に形成されていたりすることがある。更に、この亀裂は、自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。溶融処理領域から亀裂が自然に成長する場合には、溶融処理領域が溶融している状態から成長する場合と、溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部に形成され、切断面においては、図７に示すように、内部に溶融処理領域が形成されている。
（２）改質領域がクラック領域を含む場合

加工対象物（例えばガラスやＬｉＴａＯ_３からなる圧電材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光Ｌを照射する。このパルス幅の大きさは、加工対象物の内部にレーザ光Ｌが吸収されてクラック領域が形成される条件である。これにより、加工対象物の内部には光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部に、１つ又は複数のクラックを含むクラック領域が形成される。クラック領域は絶縁破壊領域とも言える。

図９は電界強度とクラックの大きさとの関係の実験結果を示す線図である。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光Ｌがパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は１パルスのレーザ光Ｌにより加工対象物の内部に形成されたクラック部分（クラックスポット）の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの形状のうち、最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が１００倍、開口数（ＮＡ）が０．８０の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が５０倍、開口数（ＮＡ）が０．５５の場合である。ピークパワー密度が１０^１１（Ｗ／ｃｍ^２）程度から加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。
（３）改質領域が屈折率変化領域を含む場合

加工対象物（例えばガラス）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光Ｌを照射する。このように、パルス幅が極めて短い状態で加工対象物の内部にレーザ光Ｌが吸収されると、そのエネルギーが熱エネルギーに転化せず、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起され、屈折率変化領域が形成される。

なお、改質領域とは、溶融処理領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等やそれらが混在した領域を含めて、その材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域であったり、格子欠陥が形成された領域であったりする。これらをまとめて高密転移領域と言うこともできる。

また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、更にそれら領域の内部や改質領域と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は改質領域の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。

ちなみに、加工対象物の結晶構造やその劈開性等を考慮して、改質領域を次のように形成すれば、精度よく加工対象物を切断することが可能になる。

すなわち、シリコン等のダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った方向に改質領域を形成するのが好ましい。また、ＧａＡｓ等の閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に改質領域を形成するのが好ましい。更に、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に改質領域を形成するのが好ましい。

また、上述した改質領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは改質領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、改質領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。

次に、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について説明する。

図１０は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法が適用される加工対象物の側面図である。図１０に示すように、板状の加工対象物１は、ＧａＡｓ等からなる半導体基板１１と、半導体基板１１の表面に形成されたエピタキシャル結晶成長層３１と、エピタキシャル結晶成長層３１の表面に形成されたアノード電極層３２と、半導体基板１１の裏面に形成されたカソード電極層３３と、を備えている。エピタキシャル結晶成長層３１は、ＡｌＧａＡｓ等からなるクラッド層及びＧａＡｓ等からなる活性層を有している。

図１１は、図１０の加工対象物の表面側一部拡大図であり、図１２は、図１０の加工対象物の裏面側一部拡大図である。図１１，１２に示すように、加工対象物１は、ストライプ構造の半導体レーザ素子となる矩形板状（外形：６００μｍ×２００μｍ、厚さ：１２０μｍ）の半導体レーザ部３４が２次元マトリックス状に複数配列されて構成されている。加工対象物１に対しては、半導体レーザ部３４，３４間においてストライプ方向（半導体レーザ素子におけるレーザ光の共振方向）と直交する方向に延在する切断予定ライン（第１の切断予定ライン）５ａ、及び半導体レーザ部３４，３４間においてストライプ方向に延在する切断予定ライン（第２の切断予定ライン）５ｂが格子状に設定されている。

なお、半導体基板１１がＧａＡｓからなる場合には、（０１１）面及び（０−１−１）面に沿って切断予定ライン５ａ，５ｂを設定し、半導体基板１１がＧａＮからなる場合には、（１−１００）面及び（−１１００）面に沿って切断予定ライン５ａ，５ｂを設定する。

アノード電極層３２は、図１１に示すように、半導体レーザ部３４毎に形成された矩形状のアノード電極３５を有している。行方向及び列方向にて隣り合うアノード電極３５，３５は、互いに数μｍ程度の隙間をとって形成されており、各アノード電極３５の四隅には、切欠部３５ａが形成されている。また、カソード電極層３３は、図１２に示すように、半導体レーザ部３４毎に形成された矩形状のかソード電極３６を有している。行方向及び列方向にて隣り合うカソード電極３６，３６は、互いに数μｍ程度の隙間をとって形成されており、各カソード電極３６においてストライプ方向と直交する二辺には、両端部を残して切欠部３６ａが形成されている。

以上のように構成された加工対象物１に対して、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法が適用される。

まず、加工対象物１をレーザ加工装置の支持台（図示せず）上に固定する。そして、図１３に示すように、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面として半導体基板１１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射し、支持台の移動によって、切断予定ライン５ａに沿ってレーザ光Ｌをスキャンする。このとき、切断予定ライン５ａの両側には、数μｍ程度の隙間をとってアノード電極３５が形成されているため、レーザ光Ｌは、切断予定ライン５ａにおいてアノード電極３５の切欠部３５ａに挟まれた部分でのみ半導体基板１１の内部に集光される。これにより、図１５に示すように、加工対象物１において、切断予定ライン５ａに沿った部分のうち、半導体レーザ素子の共振面となる部分３４ａを除いて、溶融処理領域を含む改質領域７ａが切断予定ライン５ａに沿って形成されて、切断起点領域（第１の切断起点領域）８ａとなる。

続いて、図１４に示すように、加工対象物１の裏面２１をレーザ光入射面として半導体基板１１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射し、支持台の移動によって、切断予定ライン５ｂに沿ってレーザ光Ｌをスキャンする。このとき、切断予定ライン５ｂの両側には、数μｍ程度の隙間をとってカソード電極３６が形成されているため、レーザ光Ｌは、切断予定ライン５ｂにおいてカソード電極３６の切欠部３６ａに挟まれた部分でのみ半導体基板１１の内部に集光される。これにより、図１５に示すように、加工対象物１において、切断予定ライン５ｂに沿った部分のうち、切断予定ライン５ａと交差する部分３４ｂを除いて、溶融処理領域を含む改質領域７ｂが切断予定ライン５ｂに沿って形成されて、切断起点領域（第２の切断起点領域）８ｂとなる。

なお、切断起点領域８ｂを形成するに際しては、切断起点領域８ｂを起点として加工対象物１を切断予定ライン５ｂに沿って切断するのに要する切断力が、切断起点領域８ａを起点として加工対象物１を切断予定ライン５ａに沿って切断するのに要する切断力よりも大きくなるようにする。具体的には、１本の切断予定ライン５ａに対して形成する改質領域７ａの列数よりも、１本の切断予定ライン５ｂに対して形成する改質領域７ｂの列数を少なくしたり、切断予定ライン５ａに沿って照射するレーザ光Ｌの強度よりも、切断予定ライン５ｂに沿って照射するレーザ光Ｌの強度を小さくしたりする。

続いて、図１６に示すように、切断起点領域８ａを起点として加工対象物１を切断予定ライン５ａに沿って劈開させることにより、複数の半導体レーザ部３４が１次元に配列されたバー３７を複数得る。

そして、図１７に示すように、各バー３７の劈開面（バー３７においてストライプ方向と直交する端面）３７ａに誘電体膜３８を形成する。これにより、半導体レーザ素子の共振面となる部分３４ａに、保護膜や反射制御膜を効率良く形成することができる。なお、誘電体膜３８の形成は、蒸着やスパッタリングによってＡｌ_２Ｏ_３やＳｉ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４等の誘電体を所定の厚さに積層することで行われる。誘電体膜３８は、特に高出力の半導体レーザ素子を製造する場合、一端面側で反射率５％程度の低反射膜とされ、他端面側で反射率９５％程度の高反射膜とされる。

続いて、図１８に示すように、切断起点領域８ｂを起点として各バー３７を切断予定ライン５ｂに沿って劈開させることにより、半導体レーザ素子３９を複数得る。

以上説明したように、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法では、加工対象物１に対して、切断予定ライン５ａに沿っての切断起点領域８ａの形成、及び切断予定ライン５ｂに沿っての切断起点領域８ｂの形成の双方を予め行う。ここで、切断起点領域８ｂは、加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより形成される改質領域７ｂを有するものであり、しかも、切断予定ライン５ｂに沿った部分のうち、切断予定ライン５ａと交差する部分３４ｂを除いて、切断予定ライン５ｂに沿って形成される。これにより、切断起点領域８ａを起点として加工対象物１を切断する際に、例えば罫書き等に比べて切断起点領域８ｂの影響力が極めて小さくなり、精度の良い劈開面３７ａを有するバー３７を確実に得ることができる。従って、複数のバー３７のそれぞれに対して、切断予定ライン５ｂに沿っての切断起点領域の形成を行うことが不要となり、半導体レーザ素子３９の生産性を向上させることが可能となる。

また、切断起点領域８ａ，８ｂを形成するに際しては、切断起点領域８ｂを起点として加工対象物１を切断予定ライン５ｂに沿って切断するのに要する切断力が、切断起点領域８ａを起点として加工対象物１を切断予定ライン５ａに沿って切断するのに要する切断力よりも大きくなるように、切断予定ライン５ｂに沿って切断起点領域８ｂが形成される。これにより、切断起点領域８ａを起点として加工対象物１を切断する際に、切断起点領域８ｂを起点として加工対象物１が切断されるような事態を確実に防止することができる。

更に、切断起点領域８ａ，８ｂを形成するに際しては、切断起点領域８ｂとなる改質領域７ｂだけでなく、切断起点領域８ａとなる改質領域７ａも、加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより形成される。この場合、加工対象物１に対する切断起点領域８ａの形成及び切断起点領域８ｂの形成の双方を、レーザ加工装置のみを用いて予め行うことができる。そして、切断起点領域８ａは、加工対象物１において、切断予定ライン５ａに沿った部分のうち、半導体レーザ素子３９の共振面となる部分３４ａを除いて、切断予定ライン５ａに沿って形成される。そのため、半導体レーザ素子３９の共振面において、レーザ光が散乱したり、レーザ光の反射率が低下したりするのを防止することができる。

なお、半導体基板１１とエピタキシャル結晶成長層３１との間の格子定数のミスフィットを防止するために半導体基板１１がＯＦＦ角を有するものである場合、半導体レーザ部３４，３４間においてストライプ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って、罫書きを起点としてバー３７を劈開させると、その劈開面が加工対象物１の表面３に対して傾斜することになる。それに対し、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法では、切断起点領域８ｂとして改質領域７ｂを形成するため、切断予定ライン５ｂに沿ってバー３７を分断させた際における分断面を加工対象物１の表面３に対して略垂直にすることができる。これにより、半導体レーザ素子３９においてチッピングの抑制や実装面積の小型化が可能となる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、加工対象物１を劈開させることによりバー３７を複数得るための切断起点領域５ａについては、切断予定ライン５ａの両端部等、切断予定ライン５ａの少なくとも一部に沿って形成すればよい。なお、切断起点領域５ａは、改質領域７ａを有するものに限定されず、罫書き等であってもよい。

また、遮光性を有するアノード電極３５に切欠部３５ａを設けておくことで、加工対象物１に対し、切断予定ライン５ａに沿った部分のうち、半導体レーザ素子３９の共振面となる部分３４ａを除いて、切断予定ライン５ａに沿って切断起点領域８ａを形成したが、これに限定されない。他の例として、シャッタ等によってレーザ光Ｌの照射をＯＮ／ＯＦＦに切り替えたり、レーザ光Ｌの発振形態をパルス波／ＣＷ波に切り替えたりすることで、改質領域７ａの形成／非形成を行い、上述したような切断起点領域８ａを形成してもよい。このような場合には、アノード電極層３２の形成前に切断起点領域８ａを形成することができる。以上の点は、切断起点領域８ｂについても同様である。

なお、数μｍ程度の隙間をとって切断予定ライン５ａの両側にアノード電極３５を形成するのは、レーザ光Ｌの遮光を実現すると共に、切断予定ライン５ａに沿って加工対象物１を確実且つ高精度に劈開させるためである。これは、カソード電極３６についても同様である。また、半導体レーザ素子３９が小型化するほど、レーザ光Ｌの照射をＯＮ／ＯＦＦに切り替えたり、レーザ光Ｌの発振形態をパルス波／ＣＷ波に切り替えたりすることが困難となるため、上述したようなアノード電極３５及びカソード電極３６を形成することは極めて有効である。特にアノード電極３５がその四隅に切欠部３５ａを有しているため、半導体レーザ素子３９において適した電圧を印加することが可能となる。

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図２の加工対象物のII−II線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 レーザ加工後のシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。 レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。 レーザ光のピークパワー密度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラフである。 本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法が適用される加工対象物の側面図である。 図１０の加工対象物の表面側一部拡大図である。 図１０の加工対象物の裏面側一部拡大図である。 半導体レーザ部間においてストライプ方向と直交する方向に延在する切断予定ラインに沿っての図１１の加工対象物の一部拡大縦断面図である。 半導体レーザ部間においてストライプ方向に延在する切断予定ラインに沿っての図１２の加工対象物の一部拡大縦断面図である。 切断起点領域形成後における図１１の加工対象物の一部拡大横断面図である。 図１１の加工対象物を劈開させることにより得られたバーの表面側一部拡大図である。 誘電体膜形成後における図１６のバーの表面側一部拡大図である。 図１７のバーを劈開させることにより得られた半導体レーザ素子の表面側一部拡大図である。

符号の説明

１…加工対象物、５ａ…切断予定ライン（第１の切断予定ライン）、５ｂ…切断予定ライン（第２の切断予定ライン）、７ａ，７ｂ…改質領域、８ａ…切断起点領域（第１の切断起点領域）、８ｂ…切断起点領域（第２の切断起点領域）、３４…半導体レーザ部、３４ａ…共振面となる部分、３４ｂ…交差する部分、３７…バー、３７ａ…劈開面（バーにおいてストライプ方向と直交する端面）、３８…誘電体膜、３９…半導体レーザ素子、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

Claims (5)

1. ストライプ構造の半導体レーザ素子の製造方法であって、
   前記半導体レーザ素子となる複数の半導体レーザ部が２次元に配列された加工対象物に対し、前記半導体レーザ部間においてストライプ方向と直交する方向に延在する第１の切断予定ラインの少なくとも一部に沿って、第１の切断起点領域を形成すると共に、前記加工対象物に対し、その内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記半導体レーザ部間において前記ストライプ方向に延在する第２の切断予定ラインに沿って、改質領域を有する第２の切断起点領域を形成する工程と、
   前記第１の切断起点領域を起点として前記加工対象物を前記第１の切断予定ラインに沿って切断することにより、複数の前記半導体レーザ部が１次元に配列されたバーを複数得る工程と、
   前記第２の切断起点領域を起点として前記バーを前記第２の切断予定ラインに沿って切断することにより、前記半導体レーザ素子を複数得る工程と、を含み、
   前記第１及び前記第２の切断起点領域を形成する工程では、前記第２の切断起点領域を起点として前記加工対象物を前記第２の切断予定ラインに沿って切断するのに要する第２の切断力が、前記第１の切断起点領域を起点として前記加工対象物を前記第１の切断予定ラインに沿って切断するのに要する第１の切断力よりも大きくなるように、前記第２の切断予定ラインに沿って、前記第２の切断起点領域を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
2. 前記第１及び前記第２の切断起点領域を形成する工程では、前記加工対象物に対し、前記第２の切断予定ラインに沿った部分のうち、前記第１の切断予定ラインと交差する部分を除いて、前記第２の切断予定ラインに沿って、前記第２の切断起点領域を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子の製造方法。
3. 前記第１及び前記第２の切断起点領域を形成する工程では、前記加工対象物に対し、その内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記第１の切断予定ラインの少なくとも一部に沿って、改質領域を有する第１の切断起点領域を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ素子の製造方法。
4. 前記第１及び前記第２の切断起点領域を形成する工程では、前記加工対象物に対し、前記第１の切断予定ラインに沿った部分のうち、前記半導体レーザ素子の共振面となる部分を除いて、前記第１の切断予定ラインに沿って、前記第１の切断起点領域を形成することを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ素子の製造方法。
5. 前記バーを複数得る工程と前記半導体レーザ素子を複数得る工程との間に、前記バーにおいて前記ストライプ方向と直交する端面に誘電体膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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