JP2017123441A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、ウエハの割れとレーザバーの反りを抑制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。【解決手段】中央部と該中央部を囲む外周部を有するウエハの該中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、該外周部の下面に格子状の溝を有するめっき層を形成し、該中央部の下面には該該めっき層を形成しないめっき工程と、該中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、該レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明は、例えば光ネットワークで用いられる半導体レーザ素子の製造方法に関する。
近年、大容量データを通信するための超高速かつ大容量で高効率な光ネットワークのインフラ整備が、幹線系及びアクセス系で必要になっている。その光源となる半導体レーザ素子には高速化が求められている。半導体レーザ素子を高速化させるためには緩和振動周波数を改善させる必要がある。緩和振動周波数は、電気波形に対してレーザ光が追随できるかを示す指標であり、短共振器化することで改善できる。
特許文献1には、半導体レーザ素子の製造方法が開示されている。この製造方法では、ウエハをへき開してチップが横一列に並ぶバーを形成し、その後、バーを割り出すことで半導体レーザ素子を形成する。
半導体レーザ素子を複数形成したウエハには電極が形成される。そして、当該ウエハをバー状に加工する。バー状に加工されたものをレーザバーという。レーザバーを個片化することで、個々の半導体レーザ素子を得ることができる。なお、半導体レーザ素子とはレーザダイオードのことである。
共振器長の短い半導体レーザ素子を製造する場合、レーザバーが反りやすい。例えば、共振器長を150μmと短くした場合には、へき開後のレーザバーが100μm以上反る。レーザバーが反ると、レーザバーを割って半導体レーザ素子を得る際に、半導体レーザ素子が形成されたチップが飛散しやすくなってしまう。
レーザバーの反り量を減らすにはウエハ下面側のメッキを無くすのが有効であるが、そうするとウエハが割れやすくなるという新たな問題が発生してしまう。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ウエハの割れとレーザバーの反りを抑制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。
本願の発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、中央部と該中央部を囲む外周部を有するウエハの該中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、該外周部の下面に格子状の溝を有するめっき層を形成し、該中央部の下面には該めっき層を形成しないめっき工程と、該中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、該レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、を備えたことを特徴とする。
本願の発明に係る他の半導体レーザ素子の製造方法は、中央部と該中央部を囲む外周部を有するウエハの該中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、該中央部の下面をウェットエッチングし該外周部の下面をウェットエッチングしないことで、該中央部を該外周部より薄くするとともに、該中央部と該外周部の境界に該ウエハの上面方向に伸びるトレンチを形成するウェットエッチング工程と、該中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、該レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、を備え、該レーザバー工程では、該トレンチに沿って該ウエハを割ることを特徴とする。
本発明によれば、溝を有するめっき層を半導体レーザ素子が形成されていない部分である外周部に形成したり、外周部の厚みを維持したままへき開を容易にするトレンチを形成したりするので、ウエハの割れとレーザバーの反りを抑制できる。
本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ素子の製造方法では、まず、ウエハに複数の半導体レーザ素子を形成する。図1は、ウエハ10の下面構造を示す図である。図1のうち、上方にあるのはウエハ10の底面図であり、下方にあるのはA−A´線における断面図である。ウエハ10は、中央部12と、中央部12を囲む外周部14を有している。中央部12は一点鎖線で囲まれた領域である。中央部12に複数の半導体レーザ素子を形成する。この工程を、素子形成工程と称する。
本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ素子の製造方法では、まず、ウエハに複数の半導体レーザ素子を形成する。図1は、ウエハ10の下面構造を示す図である。図1のうち、上方にあるのはウエハ10の底面図であり、下方にあるのはA−A´線における断面図である。ウエハ10は、中央部12と、中央部12を囲む外周部14を有している。中央部12は一点鎖線で囲まれた領域である。中央部12に複数の半導体レーザ素子を形成する。この工程を、素子形成工程と称する。
図2は、素子形成工程後の中央部12の一部断面図である。素子形成工程では、半導体プロセスを用いて図2に示される半導体レーザ素子を形成する。この半導体レーザ素子について説明する。半導体基板20の上に第1導電型の下部クラッド層22、活性層23及び第2導電型の上部クラッド層24が積層されたメサストライプ構造がある。このメサストライプ構造の左右に第1導電型の層30、第2導電型の層32及び第1導電型の層34を積層した電流ブロック層がある。
メサストライプ構造及び電流ブロック層の上部に第2導電型のコンタクト層40がある。メサストライプ構造の左右に半導体基板20まで達する溝42がある。活性層23上部のコンタクト層40を露出させつつメサストライプ構造を覆う絶縁膜50が形成されている。この絶縁膜50は、メサストライプ構造に加えて、溝42の底面と、溝42を介してメサストライプ構造を挟む電流ブロック層とを覆う。活性層23の上部のコンタクト層40に接する電極53が形成されている。また、半導体基板20の下面に第1導電型の電極54が形成されている。
中央部12にはこのような半導体レーザ素子が複数形成される。なお、半導体レーザ素子の具体的構成は図2に示すものに限定されず、周知のあらゆる構成を採用することができる。
次いで、めっき工程に処理を進める。めっき工程ではウエハ10の下面にめっき層を形成する。具体的には、図1に示されるように、外周部14の下面に格子状の溝15aを有するめっき層15を形成し、中央部12の下面にはめっき層15を形成しない。めっき層15は、例えばAu、Cu、Pd又はNiを材料とする。溝15aが形成された部分にはめっきがないことが望ましいが、若干のめっきがあってもよい。
溝15aは、ウエハ10の結晶方向と非平行に形成する。つまり、溝15aは、ウエハ10のオリフラ10aと平行にも垂直にもならないようにする。溝15aは、ウエハ10の結晶方向に対して45°の角度で形成されることが望ましい。「結晶方向」というのは、ウエハ10をへき開する方向のことである。
めっき層15には、めっき工程において、切断用溝15bを形成することが好ましい。切断用溝15bは、ウエハ10の結晶方向と平行に形成する。つまり、切断用溝15bは、ウエハ10のオリフラ10aと平行又は垂直な溝である。図1には、溝15aよりも細く形成された切断用溝15bが示されている。
次いで、レーザバー工程に処理を進める。レーザバー工程では、中央部12の一部を切断してレーザバーを形成する。より具体的に言えば、レーザバー工程では、中央部12に形成された半導体レーザ素子をレーザバーとなるようにへき開することで、外周部14から切り出す。レーザバーとは、半導体レーザ素子がアレイ状に複数配置されたバーである。図3は、へき開位置の例を示す図である。例えば一点鎖線に沿ってウエハ10をへき開することで複数のレーザバーを作成する。レーザバーの幅は、半導体レーザ素子の共振器長と等しい。本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ素子の共振器長は、例えば150μm以下とする。
このレーザバー工程において、前述の切断用溝15bに沿ってウエハを切断すると、めっき層15がない分へき開がスムーズになる。なお、切断用溝15bを形成しなかった場合はこの限りではない。
次いで、個片化工程に処理を進める。個片化工程では、レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する。本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ素子の製造方法は上述の各工程を備える。
本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ素子の製造方法では、ウエハ10の下面に形成されためっき層15がウエハ10を補強するので、ウエハ10の割れを抑制できる。よって歩留まりの向上ができる。このめっき層15は、ウエハ10の外周部14だけに形成されているので、めっき層15のないレーザバーを得ることができる。したがって、例えば150μm以下の短い共振器長を有することでレーザバーが細長くなったとしても、レーザバーの反りを抑制することができる。
めっき層15には溝15aを形成したので、溝15aがない場合と比べてめっきの使用量を減らし低コスト化することができる。仮に溝をウエハ10の結晶方向と平行に形成してしまうと、ウエハは結晶方向に沿って割れやすいので、その溝に沿ってウエハが割れてしまう。しかしながら、本発明の実施の形態1では、溝15aは、ウエハ10の結晶方向と非平行に形成したので、めっき層15は、ウエハ10の結晶方向の割れを抑制する。したがって、めっき層15は、溝15aを設けることでめっき使用量を抑制しつつ、ウエハ10の割れを抑制できるものとなっている。
本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ素子の製造方法は様々な変形が可能である。例えば、切断用溝15bは省略してもよい。溝15aの平面形状は、めっき使用量を少なくするために格子状であれば特に限定されない。溝は必ずしも直線的に形成しなくてもよい。めっき使用量の削減だけを求めるのであれば、溝15aはウエハ10の結晶方向と非平行に形成しなくてもよい。
これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法にも適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法については実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。
実施の形態2.
実施の形態2に係る半導体レーザ素子の製造方法では、実施の形態1と同様、素子形成工程を行う。この素子形成工程は実施の形態1とほとんど同じものであるが、ウエハの下面側に電極を形成しない点で実施の形態1と異なる。
実施の形態2に係る半導体レーザ素子の製造方法では、実施の形態1と同様、素子形成工程を行う。この素子形成工程は実施の形態1とほとんど同じものであるが、ウエハの下面側に電極を形成しない点で実施の形態1と異なる。
素子形成工程を実施した後に、ウェットエッチング工程を実施する。図4は、ウェットエッチング工程後のウエハの底面及び断面を示す図である。ウェットエッチング工程では、中央部12の下面をウェットエッチングし外周部14の下面をウェットエッチングしないことで、中央部12を外周部14より薄くするとともに、中央部12と外周部14の境界にウエハ10の上面方向に伸びるトレンチ10Aを形成する。
例えば、外周部14の下面にマスクを形成した状態で、Brを含む薬液を用いて中央部12の下面をエッチングする。半導体基板20の材料として、InP、GaAs又はGaNなどの周知の基板材料を用いることができる。ウェットエッチング工程の後、ウエハ10の下面に電極を形成する。図5は、ウエハ10の下面に第1導電型の電極54を形成したことを示す図である。
次いで、レーザバー工程に処理を進め、中央部12の一部を切断してレーザバーを形成する。レーザバー工程におけるへき開には、前述のトレンチ10Aに沿ったウエハのへき開が含まれる。次いで、個片化工程に処理を進め、レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する。
本発明の実施の形態2に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、ウェットエッチング工程でウエハ10の中央部12のみ薄くし、外周部14はエッチングしない。そのため、厚いまま残った外周部14によりウエハ10の強度を維持できるので、ウエハ割れを抑制できる。また、ウエハの下面側にめっきを形成しないので、レーザバーの反りを抑制することができる。めっきを形成しないことで低コスト化できる。しかも、ウェットエッチング工程で形成したトレンチ10Aにより、レーザバー工程でのへき開が容易になるため、歩留が向上する。
実施の形態1と実施の形態2の特徴を適宜組み合わせて用いてもよい。例えば、実施の形態1の半導体レーザ素子の製造方法において、レーザバー工程の前に実施の形態2のウェットエッチング工程を実施することでトレンチを形成してもよい。トレンチに沿ってへき開することで歩留まりを高めることができる。
10 ウエハ、 10A トレンチ、 12 中央部、 14 外周部、 15 めっき層、 15a 溝、 15b 切断用溝
Claims (10)
- 中央部と前記中央部を囲む外周部を有するウエハの前記中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、
前記外周部の下面に格子状の溝を有するめっき層を形成し、前記中央部の下面には前記めっき層を形成しないめっき工程と、
前記中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、
前記レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記溝は、前記ウエハの結晶方向と非平行に形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記溝は、前記ウエハの結晶方向に対して45°の角度となるように形成されたことを特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記めっき工程では、前記めっき層に切断用溝を形成し、
前記レーザバー工程では、前記切断用溝に沿って前記ウエハを切断することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記めっき層は、Au、Cu、Pd又はNiを材料とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 中央部と前記中央部を囲む外周部を有するウエハの前記中央部に複数の半導体レーザ素子を形成する素子形成工程と、
前記中央部の下面をウェットエッチングし前記外周部の下面をウェットエッチングしないことで、前記中央部を前記外周部より薄くするとともに、前記中央部と前記外周部の境界に前記ウエハの上面方向に伸びるトレンチを形成するウェットエッチング工程と、
前記中央部の一部を切断してレーザバーを形成するレーザバー工程と、
前記レーザバーを個片化して半導体レーザ素子を形成する個片化工程と、を備え、
前記レーザバー工程では、前記トレンチに沿って前記ウエハを割ることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記ウェットエッチング工程で用いる薬液はBrを含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記ウェットエッチング工程の後、前記レーザバー工程の前に前記ウエハの下面に電極を形成することを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記半導体レーザ素子は、活性層を含むメサストライプ構造と、前記メサストライプ構造の左右に形成された電流ブロック層とを備えたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記半導体レーザ素子の共振器長は、150μm以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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