JP2011066457A - 面発光半導体レーザチップおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶主方向７を有する結晶構造、ビーム出射面４、半導体基体１をラテラル方向に形成している側面７を有している半導体基体を備えた面発光半導体レーザチップにおいて、エージング特性が改善されたもしくは寿命が高められた面発光半導体レーザチップ。
【解決手段】少なくとも１つの側面５が結晶主方向７に対して斜めに配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は請求項１の上位概念に記載の面発光半導体レーザチップ並びに請求項７の上位概念に記載のその製造方法に関する。

面発光半導体レーザは例えばＤＥ１００３８２３５．５号から公知である。この形式のレーザにとって特徴的なのは、チップ表面に対して垂直に配置されている発光方向である。時々この種の半導体レーザはＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）とも称される。これらはこの点で、発光が半導体チップの側面を通して行われる所謂端面発光レーザとは異なっている。

面発光半導体レーザは例えばＤＥ１００３８２３５．５号から公知である。この形式のレーザにとって特徴的なのは、チップ表面に対して垂直に配置されている発光方向である。時々この種の半導体レーザはＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）とも称される。これらはこの点で、発光が半導体チップの側面を通して行われる所謂端面発光レーザとは異なっている。

その際「表面」および「側面」はこの形式のチップの製造との関連しており、ここで「表面」はウェハ表面に相応している。これに対して側面はウェハを個別半導体チップに分割する際に初めて生じる。

端面発光レーザレーザチップに対する通例の製造方法ではウェハは通例、個別半導体チップに分割されるように折り割られ、その際折り割りライン（Bruchlinie）はウェハの結晶主方向に沿って延在している。その際半導体基体の側面として、平坦な劈開面が生じる。これらは同時に、それぞれのレーザ共振器のミラーファセットである。

面発光レーザの場合この形式の劈開面は共振器の別の、垂直方向の配向ないし放射ないし発光方向に基づいた側面として実現する必要がない。それ故にこの形式のレーザチップを製造するために、相応のウェハは折り割りによってではなく鋸引き、すなわちソーイングまたはエッチングによっても分割することができる。

発光ダイオードチップでは、よく生じる老化メカニズムが半導体結晶中の転位線の発生に基づいていることが確認された。このような転位線は作動中拡がりかつ発光しない再結合を形成する可能性がある。この種の結晶欠陥は素子ないし部品の効率を低下させかつ最終的に故障を起こす原因となる。半導体結晶の発光像においてこの形式の結晶欠陥は暗線として識別され、それ故にこれらはＤＬＤ（dark line defect）とも称される。

ＤＥ１００３８２３５．５号

本発明の課題は、老化特性が改善されたもしくは寿命が高められた面発光半導体レーザチップを提供することである。殊に、発光しない再結合もしくはＤＬＤの発生が低減されるようにしたい。更に、本発明の課題は、相応の製造方法を提供することである。

この課題は請求項１に記載の面発光半導体レーザチップないし請求項７に記載の方法によって解決される。

本発明の有利な実施形態は従属請求項の対象である。

本発明の面発光半導体レーザチップの第１実施例の斜視図である。 第１の実施例の断面略図である。 本発明の面発光半導体レーザチップの第２実施例の平面略図である。

本発明によれば、少なくとも部分的に、配属されている結晶主方向を有する結晶構造と、ビーム出射面と、半導体基体をラテラル方向に形成している複数の側面とを有している半導体基体を備えた面発光半導体レーザチップにおいて、少なくとも１つの側面が結晶主方向に対して斜めに、すなわち結晶主方向に対して平行でもなく垂直でもなく配置されているようになっている。ビーム放出は作動中実質的に、ラテラル方向に延在しているビーム出射面に対して垂直に行われる。

結晶主方向に対して側面を斜めに配置することで、結晶継ぎ目において転位線に対する核が僅かしか生じず、ひいては転位線の数が低減されるという利点が生じる。このことで半導体チップの老化が緩慢化される。

有利には、半導体基体はビーム出射面に対して平行な正方形または長方形の横断面を有している。この形状はウェハを、直交しているソーイングラインに沿ってソーイングすることによってウェハから容易に製造することができ、その際有利にはすべての側面が結晶主方向に対して斜めに配置されているようにすることができる。更に有利には本発明において少なくとも１つの側面がビーム出射面に対して垂直に形成されている。

本発明は殊に、立方体の結晶構造を有する半導体材料に対して適しており、その際例えば普遍的に制限するものではないが、結晶方向〔１００〕および〔０１０〕はビーム出射面ないしウェハ表面に対して平行に存在している。その際側面を、それが結晶主方向に対して４０°と５０°との間の角度、有利には４５°の角度をなしているように配置すると有利である。

本発明の有利な形態において半導体基体は結晶方向、例えば〔１００〕および〔０１０〕を定める半導体結晶の形の基板を有している。その際レーザ構造は半導体層列としてこの基板上に被着されている。この種の層列は例えばエピタキシー法を用いて成長させることができる。

有利には半導体基体はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ材料系に基づいている。これらＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓの他に、半導体基体は勿論、例えばＡｌＧａＩｎＡｓまたはＩｎＧａＡｓのような別の化合物も含んでいてよい。別のＩＩＩ−Ｖ−半導体または窒化物−化合物半導体、例えば化合物Ｇａｐ，ＩｎＧａｐ，ＧａＡｌＰ，ＩｎＧａＡｌＰ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓＰおよびＩｎＧａＮＡｓも本発明に適している。

本発明の製造方法では、まず従来の製造方法を用いて、複数の面発光半導体レーザ構造を有するウェハを製造するようになっており、その際半導体ウェハは結晶主方向を持った結晶構造を有している。引き続き、ウェハは前以て決められている分離ラインに沿って複数の半導体レーザチップに分割される。これら分離ラインは、それが結晶主方向に対して斜めに延在している、すなわち結晶主方向に対して平行にも垂直にも延在していないように配置されている。有利にはウェハはソーイングされるかまたはエッチング法を用いて分割される。

分離ラインを結晶主方向に斜めに配置することによって、転位線に対する核の形成、その結果としての老化を促進する転位線ないしＤＬＤの発生が有利にも低減される。

本発明のその他の特徴、利点および実用性については図１ないし３と関連した２つの実施例の以下の説明から明らかにする。

次に本発明を図示の実施例に付き図面を用いて詳細に説明する。

図中同じまたは同じ作用をするエレメントには同一の参照番号が付されている。

図１にはＶＣＳＥＬの半導体レーザチップが略示されている。チップは基板２を含んでいる。基板の上には半導体層３のスタックが被着されている。その際半導体層は素子のビーム生成、すなわち発光するレーザ構造を形成している。以下にこの構造を図２との関連において詳細に説明する。

半導体層３を含んでいる半導体基体１はビーム出射面４を有しておりかつラテラル方向では複数の側面５によって形成される。作動中、レーザビーム６は実質的にビーム出射面４に対して垂直方向に放出される。

基板２およびその上に被着されている半導体層３は少なくとも部分的に結晶構造を有している。ラテラル方向における結晶格子は鎖線１６によって表され、所属の結晶主方向７は矢印によって表されている。

エピタキシャル成長された層では通例この構造は基板によって前以て決められる。これによりラテラル方向における半導体層の結晶主方向７も定められる。本発明にとって重要なのは、側面５が、それらが結晶主方向７に対して斜め方向に延在している、すなわち側面が結晶主方向に対して平行でもなければ垂直でもないように配置されていることである。

ＬＥＤの製造の枠内において、結晶主方向７に対する側面５のこの形式の配置は平行もしくは垂直な配置に比べて転位線に対する核の形成およびこれに伴い加速される、素子の老化が有利にも低減されることが確かめられた。面発光半導体レーザチップではビーム放出領域がＬＥＤの場合より、ソーイングトラックから著しく遠くに離れているにも拘わらず、本発明では、この場合も、素子の老化が結晶主方向に対する側面の本発明の配置によって有利にも低減することができることが認められた。

図２には図１の実施例をラインＡ−Ａに沿って切断してみた断面が示されている。基板２、例えばＧａＡｓ基板に複数の半導体層３が配置されている。この層スタック３はミラー層８，１１を含んでおり、これらはレーザ共振器を形成しかつ例えばブラッグミラーとして実現されていることができる。この形式のブラッグミラーは例えばそれぞれ、Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８ＡｓおよびＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓから成る層が交番的に繰り返される層列として実現することができる。

これらのミラー層８，１１の間に活性層９が配置されている。有利には、これら活性層９は、例えばＳＱＷ（Single Quantum Well）構造またはＭＱＷ（Multiple Quantum Well）の形において実現されている。ＭＱＷ構造として例えば約８５０ｎｍの発光波長を有する３つのＧａＡｓ量子井戸を持った構造が適している。

層１０は所謂カレントピンチとして形成されている。これは作動中ポンプ電流を、例えば図示されているように、電流路１５に基づいて活性層９の中心に導き、こうしてレーザのポンプ密度を高める。カレントピンチ層はＡｌＡｓ層として形成することができ、この層は部分的にラテラルに酸化されている。

その際活性層９の中心に活性のビーム放出帯域１４が生じ、その際ポンプしきい値ないししきい値電流を上回るとレーザは発振しかつレーザビーム６をビーム出射面４に対して垂直方向に発光する。ポンプ電流の供給のためにビーム出射面４および基板２の相対向している面にコンタクト金属化部１２，１３が設けられている。コンタクト金属化部１２は例えばリングコンタクトとして実現されている。有利には、コンタクト金属化部１２はｐ型コンタクトして、例えばＴｉＰｔＡｕコンタクトとして実現されておりかつコンタクト金属化部１３はｎ型コンタクト、例えばＡｕＧｅコンタクトとして実現されている、
分かり易くするためにこれらのコンタクト金属化部は図１には図示されていない。

図３には、本発明の第２の実施例の平面が略示されている。半導体基体１は実質的に、図１に図示の実施例に対応している。半導体材料としてＧａＡｓベースの材料が使用される。結晶主方向〔１００〕および〔０１０〕は一般に制限されていないがビーム出射面４に対して平行に配置されている。半導体基体１はビーム出射面４に対して平行に、平面図が示しているように、正方形の横断面を有しており、かつラテラル方向は側面５によって形成される。側面５は結晶方向〔１００〕および〔０１０〕とそれぞれ４５°の角度をなしている。

この形式の配置構成を用いて、例えばＶＣＳＥＬのような相応の素子の老化特性を著しく改善することができることが分かった。

１ 半導体基体、 ２ 基板、 ４ ビーム出射面、 ５ 側面、 ６ レーザビーム、 ７ 結晶主方向、 ８，１１ ミラー層、 ９ 活性層、 １２ コンタクト金属化部

Claims (10)

1. 少なくとも部分的に、結晶主方向（７）を有する結晶構造と、ビーム出射面（４）と、半導体基体（１）をラテラル方向に形成している複数の側面（５）とを有している半導体基体（１）を備えた面発光半導体レーザチップにおいて、
   少なくとも１つの側面（５）が結晶主方向（７）に対して斜めに配置されている
   ことを特徴とする半導体レーザチップ。
2. 半導体基体（１）はビーム出射面（４）に対して平行な正方形または長方形の横断面を有している
   請求項１記載の半導体レーザチップ。
3. 結晶主方向（７）の少なくとも１つ、例えば〔１００〕方向がビーム出射面（４）に対して平行に延在しており、かつ
   側面（５）の少なくとも１つが前記結晶主方向に対して４０°と５０°との間の角度、有利には４５°の角度をなしている
   請求項１または２記載の半導体レーザチップ。
4. 半導体レーザチップは、少なくとも部分的に結晶構造を有している基板（２）を含んでいる
   請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体レーザチップ。
5. 半導体基体はＩＩＩ−Ｖ化合物半導体、例えばＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ、および／または窒化物−化合物半導体を含んでいる
   請求項１から４までのいずれか１項記載の半導体レーザチップ。
6. 半導体レーザチップはＶＣＳＥＬである
   請求項１から５までのいずれか１項記載の半導体レーザチップ。
7. 複数の面発光半導体構造を有する半導体ウェハが製造され、ここで半導体ウェハが結晶主方向を有しておりかつ半導体ウェハが分離ラインに沿って複数の半導体レーザチップに分割されるそういう形式の面発光半導体レーザチップの製造方法において、
   前記分離ラインは結晶主方向（７）に対して斜めに配置されている
   ことを特徴とする方法。
8. 半導体ウェハを分離ラインに沿って分割する際にソーイングまたはエッチングする
   請求項７記載の方法。
9. 分離ラインが結晶主方向に対して４０°と５０°との間の角度、有利には４５°の角度をなしている
   請求項７または８記載の半導体レーザチップ。
10. 半導体レーザチップはＶＣＳＥＬである
    請求項７から９までのいずれか１項記載の半導体レーザチップ。

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