JP5245904B2 - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、歩留まりを改善し、安定した品質の半導体レーザ素子を効率的に製造することができる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。
(1)基板上に、第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層をこの順に積層した積層半導体を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記基板上に積層半導体を形成する工程と、
前記積層半導体の表面におけるレーザ素子形成領域の共振器方向に、該共振器の端面側から第1領域と、該第1領域よりも深さが深くかつ基板が露出する第2領域と、前記第1領域よりも深さが浅くかつ第1導電型半導体層が露出する第3領域と、を順に有する補助溝を形成する工程と、
前記補助溝を利用して基板及び積層半導体を分割する工程と、を備えることを特徴とする。
(2)前記補助溝は、前記共振器の端面と対向するもう一方の共振器の端面側から前記共振器の端面側に向かって前記第1領域と、前記第2領域とを順に有する。
(3)前記補助溝の幅は、前記第1領域を前記第3領域よりも幅広に形成する。
(4)前記補助溝の長さは、前記第3領域及び前記第2領域を前記第1領域よりも長く形成する。
(5)前記積層半導体は、基板上に、第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層の順に積層したものであり、前記補助溝の形成工程において、前記第1領域は基板又は第1導電型半導体層が露出するように形成する。
(6)前記積層半導体上において、該積層半導体の一部を除去することにより前記共振器を有する素子領域と、該素子領域と分離した島状層とを形成する工程を備える。
(7)前記素子領域と前記島状層とを分離する分離溝の深さは、前記補助溝の第1領域よりも浅く形成する。
(8)前記補助溝は、前記島状層に隣接させて形成する。
(9)前記補助溝の第2領域は、前記基板が露出するように形成する。
(10)前記補助溝の第1領域及び/又は第2領域を、レーザスクライブにより形成する。
(11)前記補助溝は、前記レーザ素子形成領域の両側に形成する。
(12)前記分離溝は、前記補助溝の第3領域と同じ工程で形成する。
(13)前記分離溝は、前記第1導電型半導体層を露出するように形成する。
(14)前記島状層を、少なくとも光出射側の共振器の端面の両隅部に配置するように形成する。
半導体層は、通常、基板上に第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層を順に積層することにより形成することができる。この半導体層の積層条件については後述する。
また、共振器面付近の端部に、後述する島状層(図2−1A中、15a)が存在することによって、劈開工程が所望の位置で行われるようにガイドされ、劈開方向の矯正がなされるため、チップ化工程での歩留まりをさらに向上させることができる。
また、半導体レーザ素子のチップ化工程において、共振器の端面側から中心部に向かって第2領域と第3領域のみを順に形成した補助溝は、第1領域が形成されていないために共振器の端面部分の強度を保つことができない。
さらに、半導体レーザ素子のチップ化工程において、共振器の端面側から中心部に向かって第1領域と第3領域を順に形成した補助溝は、第2領域が形成されていないためにチップ化するには余分な押力が必要となり、意図しない方向にチップ化されることもあり、補助溝としては不十分である。このような補助溝であると、この補助溝によって分割されないため、チップ化工程での歩留まりを低下させる。
また、補助溝が第1領域、第2領域、第3領域の順に形成されていたとしても、補助溝の深さの関係が上述した条件を満たさなければハンドリング時の強度を保つことができないか、ブレイカーでチップ化するときに補助溝に沿って半導体レーザ素子のチップ化ができず、意図しない方向でチップ化されるため、補助溝としては不十分なものとなる。
このように、補助溝の深さを単位半導体レーザの位置に対して変更することによって、補助溝の形成から共振器方向への分割までの間の種々の製造工程におけるハンドリング時に、不要な分割を生じさせることがないように適切な補強効果を与える。さらに、共振器方向への分割において、分割予定線の逸脱を効率的に最小限にとどめ又は回避することができ、歩留まりを飛躍的に向上させることができる。
一例として、用いるレーザ光の波長を150μm〜600μm程度、エネルギーを0.1W〜10W程度とすることが挙げられる。レーザスクライブにより第2領域等の比較的深い補助溝を設ける場合、その形成条件によってはpn接合が破壊され、リークが発生することが懸念されるが、本発明のように、島状層の素子領域とは反対側に補助溝を形成することにより、リークの発生を抑制することができる。
また、この段階で、共振器面が未だ形成されていない場合には、共振器面をエッチャントにさらすことがなく、共振器面にダメージを与えずに、飛散物を有効に除去することが可能となる。
この分割工程には、まず、共振器面を形成する分割工程があり、この工程でウェハ形状からバー形状となる。次に、共振器方向にレーザ素子領域を形成する分割工程があり、この工程はチップ化工程であり、バー形状から単一のチップ形状とするものである。補助溝は、共振器方向にレーザ素子領域を形成する分割工程において、利用される。
なお、共振器面を形成する分割工程は、例えば、端面形成用補助溝を形成した後に、公知の分割方法により行うことが好ましい。端面形成用補助溝の形成は、例えば、分離溝とともに又は分離溝の形成の前後に、任意の側から、任意の深さ及び幅で形成することができる。この分割工程は、端面形成用補助溝を形成した面と反対側、例えば、基板側に円形ローラー又は刃物等を当てて、端面形成用補助溝に応力集中を与えることにより、基板及び積層体を劈開してバー状にすることができる。
p型半導体層は、p型不純物として、Mg、Zn、Be、Mn、Ca、Sr等を含有している。
これらの不純物は、例えば、5×1016/cm3〜1×1021/cm3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層を構成する半導体層の全てが必ずしも不純物を含有していなくてもよい。
ここで、素子領域とは、積層半導体のうちレーザ素子として機能する領域であり、その内部にレーザ光導波路を有する領域である。例えば、上面視において、図2−2Bに示す単位レーザ素子領域のうち、端面形成用補助溝23a及び分離溝23bで囲まれた、例えば、リッジ14を含む第2導電型窒化物半導体層13の領域である。
このような分離溝は、上述した補助溝と組み合わせることによって特に有効である。特定の窒化物半導体基板を用いた場合において、低転位密度領域及び/又は高転位密度領域等の配置、転位密度、結晶欠陥密度、不純物濃度、凹凸の程度、結晶面等の差異に対応して、基板上に形成される窒化物半導体層が良好なレーザ特性を実現できるように、分離溝の幅を補助溝の幅とともに適宜調整することが好ましい。このように分離溝の幅を、低転位密度領域及び/又は高転位密度領域等の配置等に対応させて形成することにより、基板及びその上に積層された窒化物半導体層における結晶欠陥、転位密度等の比較的多い領域と、共振器を構成する活性層等とを分離することができ、活性層における転位、結晶欠陥等によるリーク電流等を防止することが可能となる。
任意の段階で、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、700℃程度以上の温度でアニールして、p型半導体層を低抵抗化してもよい。
この実施例の半導体レーザ素子の製造方法を以下に示す。
まず、基板上に窒化物半導体からなる積層半導体を形成する。n型GaNからなる基板をMOVPE反応容器内にセットし、Siを約1018/cm3ドープしたn−Al0.02Ga0.98Nよりなる第1層を成長させる。その後、Siを約1018/cm3ドープしたn−In0.06Ga0.94Nよりなる第2層を成長させる。次に、Siを約1018/cm3ドープしたAl0.06Ga0.94Nよりなるn型クラッド層を成長させる。続いて、SiをドープしたGaNとアンドープのGaNよりなるn側光ガイド層を成長させる。
また、基板の裏面を研磨し、研磨したn型GaN基板の裏面にn側オーミック電極を形成する。
その後、GaN基板を、例えば、図1−1Aの矢印X1、X2に沿って、劈開してウェハをバー状とし、そのバーの劈開面に共振器面を作製する。
この実施例の半導体レーザ素子の製造方法を以下に示す。
実施例1と同様に、基板上に窒化物半導体層を積層させたウェハを形成する。このウェハを、反応容器から取り出し、p側コンタクト層上に所望の形状のマスクパターンを形成し、このマスクパターンを用いて、p側コンタクト層側から、n側クラッド層の途中までRIE法によりエッチングする。これによって、図2−1A及び2−2B等に示したように、n側光クラッド層を露出する、補助溝の一部である第3領域23cと、端面形成用補助溝23aと、分離溝23bとを同時に形成するとともに、島状層15aを形成する。ここでは、共振器の長さを約400μmとする。また、第3領域23c、端面形成用補助溝23a及び分離溝23bの深さを3μm程度とし、これらの幅を2μm程度に設定した。この補助溝の第3領域を形成することで、共振器面に誘電体膜を形成する工程等のデバイス工程での強度を維持しつつ、チップ化を精度よく行うことが可能となる。
その後、GaN基板を、例えば、図2−1Aの矢印X1、X2に沿って、劈開してウェハをバー状とし、そのバーの劈開面に共振器面を作製する。
得られた共振器面に、実施例1と同様に、誘電体膜を形成する。
また、別の比較例として、補助溝の位置に深さ5μm、幅6μmの溝を設けた以外、上記と同様にして、半導体レーザ素子を作製した。この補助溝では、チップ化工程を行うことが困難であり、分割位置が補助溝から逸れるものが発現した。
上記実施例の方法では、図1B等に示すように、島状層15aの幅が補助溝の位置によって狭広差を有しているために、仮に、分割位置が補助溝から素子領域の方にずれたとしても、その位置によっては島状層15aの幅広部分が分割ずれを補強することとなり、分割位置を補助溝に効果的にガイドすることが容易となり、歩留まりの向上につながる。
実施例1において、補助溝の第2領域22の深さを15μm程度とする以外は、実施例1と同様の条件で半導体レーザ素子を形成する。
補助溝の第1領域21の深さは、5μm程度で形成される。また、補助溝の第3領域23の深さは、3μm程度で形成される。
上記条件で半導体レーザ素子を製造した場合、実施例1と同様に、共振器面への保護膜の形成工程等における強度が保持されており、かつ、補助溝を利用したウェハの分割において意図する方向へのブレイクを確実に行うことができ、飛躍的に歩留まりを向上させることができる。
この実施例における半導体レーザ素子の製造方法では、図3に示したように、半導体レーザ素子の共振器長を変更し、補助溝の第3領域63cを、第1領域61及び第2領域62よりも長く形成し、島状層65aの形状を若干変更する以外、実質的に実施例2と同様の製造方法を行った。
つまり、半導体レーザ素子の共振器長を800μmとし、補助溝の第1領域61の共振方向の長さ25μm、第2領域62の長さ150μm、第3領域63cの長さ450μmとした。
この実施例の方法においても、実施例2と同様の効果を得ることができる。
この実施例の半導体レーザ素子は、図4A〜4Cに示すように、端面形成用補助溝33a、分離溝33bのパターンをリッジ14に対して非対称で形成する以外、実質的に実施例1と同様に形成したものである。
これによって、図4A〜4Cに示すように、リッジ14に対して左右に島状層35a及び35bの形状が互いに異なった半導体レーザ素子を得た。
この実施例によっても、実施例2等と同様の効果を得ることができる。特に、補助溝21、22及び33cのガイドによって、共振器方向への分割において飛躍的に歩留まりを向上させることができる。
この実施例の半導体レーザ素子は、図5−1A〜5−2Eに示すように、分離溝43bが略L字状に配置されている以外、実質的に実施例2と同様に形成したものである。
これによって、図5−1A〜5−2Eに示すように、半導体レーザ素子の四隅に、略長方形の同じ形状の島状層45aが配置した半導体レーザ素子を得た。
この実施例によっても、実施例2と同様の効果を得ることができる。特に、補助溝21、22及び43cのガイドによって、共振器方向への分割において飛躍的に歩留まりを向上させることができる。
この実施例の半導体レーザ素子は、図6−1A〜6−2Eに示すように、分離溝53bが補助溝の第3領域53aと連結せずに、第3領域53aと分離した形状となっており、かつ、補助溝のパターンをリッジ14に対して非対称とする以外、実質的に実施例2と同様に形成したものである。
これによって、図6−1A〜6−2Eに示すように、リッジ14に対して左右に島状層55a及び55bの形状が互いに異なった半導体レーザ素子を得た。
この実施例によっても、実施例2と同様の効果を得ることができる。特に、補助溝21、22及び33cの補助によって、共振器方向への分割において飛躍的に歩留まりを向上させることができる。
11 n型半導体層
12 活性層
13 p型半導体層
15a、15b、35a、35b、45a、45b、55a、55b、65a 島状層
14 リッジ
21、61 第1領域
22、62 第2領域
23a、33a、43a、53a、63a 端面形成用補助溝
23b、33b、43b、53b、63b 分離溝
23、23c、33c、43c、53c、63c 第3領域
25 補助溝
Claims (12)
- 基板上に、第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層をこの順に積層した積層半導体を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記基板上に積層半導体を形成する工程と、
前記積層半導体の表面におけるレーザ素子形成領域の共振器方向に、該共振器の端面側から第1領域と、該第1領域よりも深さが深くかつ基板が露出する第2領域と、前記第1領域よりも深さが浅くかつ第1導電型半導体層が露出する第3領域と、を順に有する補助溝を形成する工程と、
前記補助溝を利用して基板及び積層半導体を分割する工程と、を備える半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記補助溝は、前記共振器の端面と対向するもう一方の共振器の端面側から前記共振器の端面側に向かって前記第1領域と、前記第2領域と、を順に有する請求項1に記載の方法。
- 前記補助溝の幅は、前記第1領域を前記第3領域よりも幅広に形成する請求項1又は2に記載の方法。
- 前記補助溝の長さは、前記第3領域及び前記第2領域を前記第1領域よりも長く形成する請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第1領域は基板又は第1導電型半導体層が露出するように形成する請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。
- 前記積層半導体上において、該積層半導体の一部を除去して分離溝を形成することにより前記共振器を有する素子領域と、該素子領域と分離した島状層と、を形成する工程を備える請求項1に記載の方法。
- 前記素子領域と前記島状層とを分離する分離溝の深さは、前記補助溝の第1領域よりも浅くかつ第1導電型半導体層が露出するように形成する請求項6に記載の方法。
- 前記補助溝は、前記島状層に隣接させて形成する請求項6に記載の方法。
- 前記補助溝の第1領域及び/又は第2領域を、レーザスクライブにより形成する請求項1〜8のいずれか1つに記載の方法。
- 前記補助溝は、前記レーザ素子形成領域の両側に形成する請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法。
- 前記分離溝は、前記補助溝の第3領域と同じ工程で形成する請求項6に記載の方法。
- 前記島状層を、少なくとも光出射側の共振器の端面の両隅部に配置するように形成する請求項6に記載の方法。
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