JPS60223181A - 発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は発光素子、たとえば、端面の共振器端からレー
ザ光を出射（発光）する半導体レーザ素子、あるいはこ
のような半導体レーザ素子部を有する集積化光デバイス
（ＯＲＩＣ素子）等の発光素子に関する。

〔背景技術〕

光通信用光源あるいはデジタルオーディオディスク、ビ
デオディスク等の情報処理装置用光源となる半導体レー
ザ素子部つい、ては、たとえば、Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ、　１９８２年、５月号。

２５頁における岡等による１半導体レーザの技術革新”
と題する文献において論じられている。

また、先行技術（日経エレクトロニクス、１９８１年、
９月１４日号、１３８〜１５２頁：オーディオ・ディス
クの要求に応える半導体レーザ：伐木等）には、半導体
レーザ素子（以下、単にレーザチップとも称する。）は
電極を形成したウェハを分断（骨間）することによって
製造されていること、そして、前記電極は多層金属構造
でかつ主材料としては金（Ａｕ）が多く使われているこ
とが開示されている。

しかし、この技術は、前記ウニへの分断時に電極となる
Ａｕが延びて引き千切れることによって発生した突出Ａ
ｕ部分（張り出し電極部分）によるショート不良、レー
ザチップの取扱時の外力による電極の周縁部張り出しに
よるショート不良等の問題を認識していない。

すなわち、従来のこの種のレーザチップにあっては、そ
の製造時において、つぎに示すような理由によって、レ
ーザチップの一面に設けられた電極の張り出し現象が生
じ易く、ｐｎ接合におけるショートが発生し易くなるこ
とが本発明者によってあきらかとされた。

レーザチップは１００μｍ前後と厚い基板の主面上に多
層成長層を有する構造となっていて、この多層成長層の
一構成層である活性層の端面からレーザ光を出射する構
造となっている。そして、少なくとも一方の電極は前記
多層成長層の上面側に設けられている。この多層成長層
上の電極と前記活性層との距離は、たとえば、４〜５μ
ｍと極めて短い。このため、多層成長層上の電極がレー
ザチップの周縁から張り出しかつ垂れ下がるようなこと
があると、この張出電極部分はｐｎ接合を跨ぎ異なる導
電影領域に接触し、あるいはｐｎ接合に接触し、ショー
ト状態を引き起こすことになる。前述のように、多層成
長層上の電極は展延性に富むＡｕによって形成されてい
ることから、ウェハ分断時にＡｕは伸びながら引き千切
れ、レーザチップの周縁には張り出し電極部分が発生し
てしまう。特に、ウェハの分断時、多層成長層部分にダ
メージを与えないようにするために、ウェハは分断部分
はへの字状に折り曲げられて分断されることから、多層
成長層上のＡｕは引き千切られる状態となり、張り出し
電極部分は発生し易くなる。また、レーザチップは真空
ピンセット等によって取り扱われるが、この際、真空ピ
ンセットの接触圧によって多層成長層上のＡｕからなる
電極が延び、レーザチップの周縁から張り出し電極部分
が発生してしまう。

〔発明の目的〕

本発明の目的は電極によるショート不良の発生が少ない
品質の優れた発光素子を提供することにある。

本発明の他の目的はウェハの分断作業がし易い構造の発
光素子を提供することにある。

本発明の他の目的は取り扱いが容易な構造の発光素子を
提供することにある。

本発明の前記ならびにそのはかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明のＢＨＷＨ導体レーザ素子は、活性層
を一構成層とする多層成長層と、Ａｕを主体とする電極
との間に、電気抵抗が低いシリコンからなるショート防
止層を厚く設けることによって、多層成長層上方の電極
とｐｎ接合との距離を長くすることにより、レーザチッ
プの取扱時およびウェハの分断時にレーザチップの周縁
部分に電極が部分的に張り出しかつ垂れ下がるようなこ
とがあっても、この張り出し電極部分はｐｎ接合には到
達することがなく、張り出し電極部分によるシ璽−ト発
生率の低減が達成できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例によるＢＨＨ半導体レーザ素
子を示す斜視図である。また、第２図〜第７図は同じ＜
ＢＨＨ半導体レーザ素子の製造における各製造工程での
ワークであるウェハを示す図であって、第２図はワーク
であるウェハの断面図、第３図はメサエッチングが施さ
れたウェハの断面図、第４図は埋め込み成長処理が施さ
れたウェハの断面図、第５図は亜鉛拡散処理が施された
ウェハの断面図、第６図はショート防止層が形成　。

されたウェハの断面図、第７図は電極が形成された状態
のウェハの断面図である。また、第８図は同じく張り出
し電極部分を有するレーザチップの斜視図、第９図は同
じくレーザチップの搭載状態を示す概略図である。

この実施例におけるＢＨ型型半導体レーザ素子子レーザ
チップ）は、第１図に示されるような構造となっている
。また、レーザチップは、第２図〜第７図に示す製造段
階を経て製造される。

この実施例では、埋め込みへテロ構造（ＢＨ：ｂｕｒｉ
ｅｄ−ｈｅｔｅｒｏ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ　）の半導体
レーザ素子に本発明を適用した例について説明する。

レーザチップの構造説明については、第２図〜第７図に
示す製造状態を説明することによって説明することにす
る。

レーザチップの製造に際して、最初に第２図に示すよう
な化合物半導体薄板（ウェハ）１が用意される。このウ
ェハ１はｎ形ＩｎＰの基板２と、この基板２の（１００
）結晶面上に液相エピタキシャル法によって順次形成さ
れたｎ形ＩｎＰのバフ７７層３．ＩｎＧａＡｓＰの活性
層４．ｐ形ＩｎＰのクラッド層５＋　ｐ形ＩｎＧａＡｓ
Ｐのキャップ層６からなる多層成長層７と、からなり、
バッファ層３．活性層４．クラッド層５とによってダブ
ルへテロ接合構造を構成している。前記基板２は２００
μｍ前後の厚さとなり、活性層４は０．１５μｍの厚さ
、他の各層はおよそ１〜２μｍ前後の厚さとなっている
。

つぎに、第３図に示すように、ウェハ１の主面（上面）
にＣＶＤ（化学気相堆積）法で絶縁膜（Ｓｉｎ、）が形
成されるとともに、ホトリソグラフィ技術によりこの絶
縁膜は部分的に除去され、＜１１０＞伸開方向と平行に
幅５〜６μｍの多数のストライプ状のマスク８が形成さ
れる。その後、このウェハ１のマスク８から露出する半
導体層はプロメタノール等のエツチング液でエツチング
される。エツチングはバッファ層３の途中あるいは基板
２０表層部に達するように行われる。この実施例ではエ
ツチングはバッファ層３の途中まで達している。前記マ
スク８に被われた活性層４から上方部分は異方性エツチ
ングの結果、その断面が逆三角形となる逆メサ部となり
結晶の（１１０）方向に沿ってストライプ状に残留し、
かつ、活性層４から下方は放物線を描（ような順メサ部
となっている。なお、各マスク間隔はおよそ４００μｍ
となっている。

つぎに、ウェハ１の主面に部分的に延在するマスク８は
除去される。その後、第４図に示すように、エツチング
によって窪んだ部分にはｐ形ＩｎＰのブロッキング層９
．ｎ形ＩｎＰの埋め込み層１０゜ｎ形Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ　Ｐのキャップ層１１が順次エピタキシャル法に
よって埋め込まれる。

つぎ忙、第５図に示すように、ホトリソグラフィ技術に
よってウェハ１の主面にはＳｉｎ、等からなる絶縁膜１
２が部分形成される。この絶縁膜１２は前記ストライプ
状のメサ部の表面には設けられていない。そこで、この
絶縁膜１２をマスクとして亜鉛（Ｚｎ）がウェハ１の主
面に打ち込まれ、クラッド層５の途中深さに達する亜鉛
拡散領域１３が形成される。この亜鉛拡散領域１３はコ
ンタクト電極のオーミック層になる。

つぎに、第６図に示すように、ウェハ１の主面には電気
抵抗の低いシリコン（８ｉ）からなるショート防止層１
４が形成される。このショート防止層１４は、エピタキ
シャル成長法、スパッタリング法、蒸着法等の製法によ
って、たとえば、１０μｍの厚さ罠形成される。、ショ
ート防止層１４は後述するように、第８図に示されるよ
うに、チップ状態にあって、ショート防止層１４の上面
に形成されるアノード電極１５の張り出し電極部１６が
ｐｎ接合等に接触してショートが発生しないように厚く
なっている。

つぎに、ウェハ１は裏面がエツチングされ、ウェハ１の
全体の厚さが１００μｍ程度とされる。

その後、第７図に示すように、ウェハ１の主面にはアノ
ード電極１５が、裏面にはカソード電極１７がそれぞれ
設けられる。アノード電極１５はＣｒ／Ａｕ、カソード
電極１７はＡｕＧｅＮｉ／Ｐｄ／Ａｕとなり、いずれも
蒸着およびアロイ処理によって形成されている。

つぎに、このようなウェハ１はその一端部にダイヤモン
ドツール等で外力が加えられ、結晶の骨間面に沿っ【定
間隔に骨間用傷が入れられる。その後、ウェハ１は外部
より曲げ応力が加えられて伸開が行なわれ、短冊状の分
断片が形成される。

次いで、この分断片はダイヤモンドツール等に′よりて
骨間線に直交する方向に定間隔に引っ掻き傷（スクライ
ブ）がスクライブエリアに入れられるとともに、クラッ
キングによってスクライブに沿って分断され、多数のレ
ーザチップ１８が形成される。

この際、ウェハ１の曲げ応力による襞間およびクラッキ
ングによる分断時、多層成長層７上の電極、すなわち、
アノード電極１５となるＡｕ層は引き千切られるように
して分断される。この結果、展延性に富んだＡｕ層は伸
びて分断し第８図に示されるように、レーザチップ１８
の周縁には部分的に突出した（張り出した）張り出し電
極部１６が生じてしまう。しかし、前記張り出し電極部
１６は、本発明者の実験調査等によると、突出長さは大
きくても１０μｍには達しない程度であることから、シ
ョート防止層１４の存在によって、張り出し電極部１６
の先端がｐｎ接合を越えて他の導電影領域に接触したり
、あるいはｐｎ接合に接触することは殆ど起きず、ショ
ート発生が防止できる。

一方、この実施例によるウエノＳ１にあっては、ダメー
ジを受けては困る多層成長層７は１０μｍにも及ぶショ
ート防止層１４で被われているため、前記ウェハ１の分
断時１分断部分の両側が上下に繰り返し折り返されるよ
うにして分断化を図ることもできる。したがって、この
繰り返し折り返し分断方法を採用すれば分断が早く行え
、ウエノ・分断化の作業性が良くなる。

さらに、前記レーザチップ１８を真空ピンセット等によ
る工具によって取り扱う際、真空ピンセットの接触圧に
よってアノード電極１５が延び、一部がレーザチップ１
８の周縁から張り出しても、アノード電極１５の下には
厚いショート防止層１４が配設されていることから、前
述と同様にこの張り出し電極部１６の先端がｐｎ接合を
越えて他の導電影領域に接触したり、あるいはｐｎ接合
に接触することは殆ど起きず、ショート発生が防止でき
る。

他方、レーザチップ１８の外観形状は第１図および第８
図に示されるような形状となり、その寸法はたとえば、
幅が４００μｍ、長さが３００μｍ。

高さが１００μｍとなり、アノード電極１５およびカソ
ード電極１６に所定電圧が印加されると、３００μｍの
長さの活性層端面（ミラー面）からレーザ光１９を発振
する。

なお、このレーザチップ１８はアノード電極１５を介し
、あるいはカソード電極１７を介して支持板に固定され
て使用される。たとえば、第９図はレーザチップ１８を
アノード電極１５面を接続面とした例であって、レーザ
チップ１８はソルダー２０を介して支持板２１に固定さ
れている。

この場合、レーザチップ１８はステム等のヒートシンク
に直接取付けられることも可能となる。

すなわち、従来のレーザチップ１８のステム（ヒートシ
ンク）への固定は、サブマウントと称する補助支持板を
用いている。これは、レーザチップ１８のサイズが小さ
く取扱いが難しいこと、および多層成長層７側を固定面
側とするとレーザ光１９０発光位置と固定面との距離が
数μｍと短いため、チップ周縁にソルダー２０が盛り上
がってレーザ光１９が遮蔽されてしまうことを防ぐため
に、充分注意が払えるようにチップよりも少し大きいサ
ブマウントに固定した後、ステム（ヒートシンク）等の
支持板２１に固定している。しかし、この実施例では、
前者のレーザチップサイズに関する取扱性は改善されな
いが、後者のソルダー２０が盛り上がってレーザ光１９
が遮蔽されてしまうことは、多層成長層７とアノード電
極１５との間に１０μｍと厚いショート防止層１４を設
けであることによって避けられる。このため、このレー
ザチップ１８はその搭載時ノルグーの盛り上がりについ
てはそれほど注意を払わなくともよくなり、レーザチッ
プ１８をサブマウントに固定する従来の場合と同様に支
持板２１に直接固定することができる。

また一方、カソード電極１７側を固定面とした場合、活
性層４等のアクティブ領域は厚いショート防止層１４で
被われていて、このショート防止層１４が緩衝体として
作用することから、アノード電極１５に接続するワイヤ
は前記アクティブ領域に対応する箇所にも接続でき、ワ
イヤボンディングの高精度の位置決めが不用となり、作
業性が向上する。

〔効果〕

１、本発明の半導体レーザ素子は、素子の周面に露出す
るｐｎ接合部分と、これに近接するアノード電極１５と
の距離が、ショート防止層１４の介在によって従来より
も長くなっていることから、チップ化の際あるいはチッ
プの取り扱い時にアノード電極１５が延びて、レーザチ
ップ１８の周縁から電極材が張り出しかつ垂れ下がって
も、張り出し電極部１６の先端がｐｎ接合等に接触して
ショート不良が発生することは殆ど起きなくなり、品質
の優れた発光素子を提供することができる。

２、上記１から、ショート不良発生頻度が低減できるた
め、歩留り向上が達成でき、半導体レーザ素子の製造コ
ストの軽減化が図れる。

３、本発明の半導体レーザ素子は上記１のように、活性
層４等のアクティブ領域は厚いショート防止層１４で被
われていることから、真空ピンセット等の工具で取り扱
う際、アノード電極１５に基づくショート不良について
は、特に注意を払うことなく取り扱いができる。したが
って、半導体レーザ素子の取扱性が向上する。

４、本発明の半導体レーザ素子は上記１のように、活性
層４等のアクティブ領域は厚いショート防止層１４で被
われていることから、ウェハ１のチップ化に際して、相
互に逆方向に折り返しができるため、チップ化速度が早
くなり作業性が向上する。

５、本発明の半導体レーザ素子は上記１のように、活性
層４等のアクティブ領域は厚いショート防止層１４で被
われていることから、チップ搭載において、活性層４の
高さは従来の素子よりも高く、ソルダー２０によるレー
ザ光１９の遮蔽不良は発生し難くなる。この結果、従来
のようにサブマウントを特に用いなくとも、レーザチッ
プ１８はステム等の支持板２１に直接固定することも可
能となり、部品点数の低減および組立工数の低減から発
光電子装置の製造コストの軽減が達成できる。

６、前記１〜５から、本発明の半導体レーザ素子はその
製造において、歩留り向上、信頼度向上。

作業性向上が達成できるため、製造コストの軽減化が図
れるとともに、本発明の半導体レーザ素子を組み込んだ
発光電子装置の製造コストの軽減も達成できる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。たとえば、前記ショート
防止層１４は他の導電性の物質であっても前記実施例と
同様な効果が得られる。少なくとも、前記ショート防止
層１４の材質としては、アノード電極１５．多層成長層
７、絶縁膜１２との接着性が良く、ウニ・・１の骨間時
の分割性が良く、さらに導電性の物質であれば良い。ま
た、前記ショート防止層１４の厚さをさらに厚くして、
活性層４がレーザチップ１８の厚さ方向において中央位
置となるようにし、レーザチップ１８の上下方向を気に
せず支持板２１に固定するようにすれば、チップボンデ
ィング時のチップの上下方向合わせは不用となり、チッ
プポンディングにおける作業性が向上する。また、本発
明は他の構造の半導体レーザ素子にも同様に適用でき同
様な効果が得られる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体レーザ素子製
造技術に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、たとえば、集積化光デバイス（Ｏ
ＥＩＣ素子）等信の発光素子製造技術などに適用できる
。

本発明は少な（ともモノリシック構造の発光素子には適
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるＢＨＷ半導体レーザ素
子を示す斜視図、 第２図は同じ＜ＢＨ型半導体レーザ素子の製造状態を示
すウェハの断面図、 第３図は同じ（メサエッチングが施されたウェハの断面
図、 第４図は同じく埋め込み成長処理が施されたウェハの断
面図、 第５図は同じく亜鉛拡散処理が施されたウェハの断面図
、 第６図は同じくショート防止層が形成されたつエバの断
面図、 第７図は同じく電極が形成された状態のウェハの断面図
、 第８図は同じく張り出し電極部分を有するレーザチップ
の斜視図、 第９図は同じくレーザチップの搭載状態を示す概略図で
ある。 １・・・化合物半導体薄板（ウェハ）、２・・・基板、
３・・・バッファ層、４・・・活性層、５・・・クラッ
ド層、６・・・キャップ層、７・・・多層成長層、８・
・・マスク、９・・・ブロッキング層、１０・・・埋め
込み層、１１・・・キャップ層、１２・・・絶縁膜、１
３・・・亜鉛拡散領域、１４・・・ショート防止層、１
５・・・アノード電極、１６・・・張り出し電極部、１
７・・・カソード電極、１８・・・レーザチップ、１９
・・・レーザ光、２０・・・ンルダー、２１・・・支持
板。 第　１　図 第　４　図 第　５　図 第　６　図 第　７　図 ４　／７ 第　８　図 第　９　図 ＩＳ　／　６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体からなる基板と、この基板の主面上に積層形
   成された多層成長層と、前記多層成長層の−構成層であ
   る活性層と、前記基板の主面側および裏面側にそれぞれ
   設けられかつ前記活性層の上下に位置する所定導電影領
   域にそれぞれ電気的罠繋がる電極と、を有する発光素子
   であって、前記多層成長層の上方に位置する電極の下部
   には導電性のショート防止層が設けられていることを特
   徴とする発光素子。