TWI703784B - 不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法，包括以下步驟，首先，提供一III-V族半導體晶圓。其次，於該半導體晶圓上形成不連續脊狀結構。其次，於該半導體晶圓之正面形成p型電極與背面形成n型電極。其次，於該半導體晶圓上形成溝槽以區隔開雷射元件晶粒，再進行劈裂形成雷射共振腔之前反射面鏡與後反射面鏡。最後，於該前反射面鏡與後反射面鏡上形成保護層。本發明的製造方法，可以防止劈裂製程時，發生亂裂所造成的表面損壞，因此能獲得最多的雷射元件晶粒良品。

Description

不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法
本發明係有關於一種半導體雷射元件，特別是有關於一種不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法。
傳統雷射二極體的共振腔與磊晶層平行，反射面係利用晶體自然斷裂面形成而與磊晶層垂直，雷射光由側面發出，故又稱邊射型雷射(Edge-emitting laser)。邊射型半導體雷射由於先天結構上的限制，邊射型雷射元件製程於晶圓製程結束後須將晶圓劈裂成晶條，經過劈裂才可形成與磊晶面平行的共振腔。後續還需要在劈裂面上鍍上額外的鏡面鍍膜(facet coating)以提高反射率，再進行複雜的後續封裝及測試程序，如此將耗費大部分的生產成本後才能得知產品的發光品質，而一旦封裝好的雷射二極體經測試發現品質不良甚至無法發出雷射光，則封裝成本即屬完全浪費。
第1圖至第2圖為習知的邊射型雷射元件製程的示意圖。如第1圖所示，邊射型雷射元件製程是於半導體晶圓2上形成連續脊狀結構4，晶圓製程結束後須將晶圓2劈裂成晶條。如第2圖所 示，後續的邊射型雷射元件製程會製造出雷射元件晶粒5，雷射元件晶粒5具有由連續脊狀結構4在劈裂後所形成之脊狀波導6。雷射元件晶粒5尚具有p型電極7、前反射面鏡8與後反射面鏡9。由於連續脊狀結構4造成劈裂面3之高度不一致不在同一平面上，容易在劈裂製程時，發生亂裂而造成的表面損壞，損失一些雷射元件晶粒。
本發明之目的是提供一種不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法，在劈裂面處之表面為同一平面，防止劈裂製程時，發生亂裂造成表面損壞。
本發明為達成上述目的提供一種不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法，包括以下步驟，首先，提供一III-V族半導體晶圓。其次，於該半導體晶圓上形成不連續脊狀結構。其次，於該半導體晶圓之正面形成p型電極與背面形成n型電極。其次，於該半導體晶圓上形成溝槽以區隔開雷射元件晶粒，再進行劈裂形成雷射共振腔之前反射面鏡與後反射面鏡。最後，於該前反射面鏡與後反射面鏡上形成保護層。
與習知之之半導體雷射元件的製造方法比較，本發明具有以下優點：
1.本發明之不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法，可以防止劈裂製程時，發生亂裂所造成的表面損壞，因此能獲得最多的雷射元件晶粒良品。
2.本發明之製造方法與頻寬產品無關，可應用於所有邊射型雷射產品之劈裂製程。
2、100:半導體晶圓
3、26:劈裂面
4:連續脊狀結構
5、18:雷射元件晶粒
6、14:脊狀波導
7、12:p型電極
8、22:前反射面鏡
9、24:後反射面鏡
28:保護層
10:不連續脊狀結構
16:溝槽
S10-S50:步驟
第1圖至第2圖為習知的邊射型雷射元件製程的示意圖。
第3圖至第7圖為本發明之不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法之示意圖。
第8圖為本發明之不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法之流程圖。
本發明之製造方法於劈裂製程時，在劈裂面處之表面為同一平面，使得劈裂面平整。
第3圖至第7圖為本發明之不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法之示意圖。首先，如第3圖所示，提供一III-V族半導體晶圓100。上述半導體晶圓100由III-V族化合物半導體構成，包括GaAs砷化鎵或GaN氮化鎵。
其次，於該半導體晶圓100上形成不連續脊狀結構10。於製造半導體邊射型雷射二極體之製程中，必須要製作出成條狀的共振腔，本發明之製造方法所形成之不連續脊狀結構10作為脊狀波導14。
其次，如第4圖所示，進行金屬化製程於該半導體晶圓100之正面形成p型電極12與背面形成n型電極(未顯示)。電極金屬在選擇上必須考慮到與半導體接面的功函數，通常p型電極會使用金-鋅(Au-Zn)/金(Au)或者鈦(Ti)/鉑(Pt)/金(Au)的金屬合金。金-鋅(Au-Zn)/金(Au)是一種合金歐姆接觸(ohmic contact)並且每一層藉由蒸鍍方式沉積於披覆層或是金屬接觸層(metal contact layer)上面，合金需要加熱到350-400℃的溫度下維持30分鐘以形成良好的歐姆接觸。通常n型電極會使用金(Au)/錫(Sn)或者金(Au)/鍺(Ge)/鎳(Ni)。
其次，如第5圖所示，於該半導體晶圓100上形成溝槽16以區隔開雷射元件晶粒18。這些溝槽16製作方式是在表面沉積一層二氧化矽的絕緣薄膜，接著利用黃光微影在表面完成圖案化製程，產生出溝槽16的形狀，接著利用離子蝕刻或者化學蝕刻方式形成溝槽16。
其次，再將該半導體晶圓100背面拋光至特定厚度以進行劈裂(cleaving)形成雷射共振腔之前反射面鏡22與後反射面鏡24，如第6圖所示。進行劈裂時由於前製程形成不連續脊狀結構10，使得劈裂面26之高度一致在同一平面上，因此不會發生亂裂造成劈裂後的晶粒表面損壞。不連續脊狀結構10在劈裂後是作為雷射元件晶粒18之脊狀波導14。
其次，如第7圖所示，於該前反射面鏡22與後反射面鏡24上形成保護層28。劈裂成雷射元件晶粒18之後，雷射共振腔結構之前反射面鏡22與後反射面鏡24須要使用介電材料，二氧化矽 (SiO2)、氧化鋁(Al2O3)或二氧化鈦(TiO2)進行鍍膜來形成保護層28或高反射鏡，這可以抑制劈裂鏡面(cleaved facet)的氧化，以增加雷射的輸出功率與操作壽命，同時可以減少表面復合速度，以及可以降低雷射的閾值電流。本發明之不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法，可以防止劈裂製程時，發生亂裂所造成的表面損壞，因此能獲得最多的雷射元件晶粒良品。
第8圖為本發明之不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法之流程圖。首先，提供一III-V族半導體晶圓，如步驟S10所示。其次，於該半導體晶圓上形成不連續脊狀結構，如步驟S20所示。其次，於該半導體晶圓之正面形成p型電極與背面形成n型電極，如步驟S30所示。其次，於該半導體晶圓上形成溝槽以區隔開雷射元件晶粒，再進行劈裂形成雷射共振腔之前反射面鏡與後反射面鏡，如步驟S40所示。最後，於該前反射面鏡與後反射面鏡上形成保護層，如步驟S50所示。
S10-S50:步驟

Claims (3)

  1. 一種不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法，包括以下步驟： 提供一III-V族半導體晶圓； 於該半導體晶圓上形成不連續脊狀結構； 於該半導體晶圓之正面形成p型電極與背面形成n型電極； 於該半導體晶圓上形成溝槽以區隔開雷射元件晶粒，再進行劈裂形成雷射共振腔之前反射面鏡與後反射面鏡；以及 於該前反射面鏡與後反射面鏡上形成保護層。
  2. 如請求項1所述之不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法，其中，該不連續脊狀結構是做為該雷射元件晶粒之脊狀波導。
  3. 如請求項1所述之不連續脊狀結構之半導體雷射元件的製造方法，其中，該保護層是使用介電材料，二氧化矽、氧化鋁或二氧化鈦進行鍍膜來形成高反射鏡。
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