JP7411483B2 - 量子カスケードレーザ素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、量子カスケードレーザ素子の製造方法に関する。
従来の量子カスケードレーザ素子として、半導体基板と、半導体基板上に形成された半導体積層体と、半導体積層体における半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、半導体基板における半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、を備える量子カスケードレーザ素子であって、活性層を含む半導体積層体がリッジ部を有し、当該リッジ部が第１電極に埋め込まれたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような量子カスケードレーザ素子では、リッジ部が第１電極に埋め込まれているため、十分な放熱性を確保することができる。しかも、リッジ部の両側に埋め込み成長層を形成する場合に比べて、量子カスケードレーザ素子の製造工程を単純化することができる。
国際公開２０１８／０８３８９６号
上述したような量子カスケードレーザ素子をサブマウント等の支持部に実装する際には、半田部材等の接合部材を用いて、支持部の電極パッドに第１電極又は第２電極を接合する場合がある。支持部の電極パッドに第１電極を接合する場合に、リッジ部が埋め込まれた第１電極の表面が平坦化されていないと、支持部における量子カスケードレーザ素子の支持状態が不安定になる。一方、支持部の電極パッドに第２電極を接合する場合に、リッジ部が埋め込まれた第１電極の表面が平坦化されていないと、第１電極に対してワイヤボンディングを実施する際にその位置の自由度が制限される。
本発明は、リッジ部が埋め込まれた第１電極の表面が平坦化された量子カスケードレーザ素子を効率良く且つ歩留まり良く製造することができる量子カスケードレーザ素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の量子カスケードレーザ素子の製造方法は、半導体基板と、量子カスケード構造を有する活性層を含み、半導体基板上に形成された半導体積層体と、半導体積層体における半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、半導体基板における半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、を備える量子カスケードレーザ素子の製造方法であって、半導体基板となる複数の部分を含み且つ第１主面及び第２主面を有する半導体ウェハを用意し、半導体積層体となる複数の部分を含む半導体層を第１主面に形成する第１工程と、第１工程の後に、半導体積層体となる複数の部分のそれぞれがリッジ部を有するように、半導体層の一部をエッチングによって除去する第２工程と、第２工程の後に、リッジ部における半導体ウェハとは反対側の表面のうちの少なくとも一部が露出するように、半導体ウェハ及び半導体層における第２主面とは反対側の表面に絶縁層を形成する第３工程と、第３工程の後に、半導体積層体となる複数の部分に、第１電極となる複数の金属メッキ層を形成し、複数の金属メッキ層のそれぞれにリッジ部を埋め込む第４工程と、第４工程の後に、複数の金属メッキ層のそれぞれの間の領域に保護部材が配置された状態で、複数の金属メッキ層のそれぞれにおける半導体ウェハとは反対側の表面を研磨によって平坦化する第５工程と、第２電極となる複数の部分を含む電極層を第２主面に形成する第６工程と、第５工程及び第６工程の後に、保護部材が除去された状態で、量子カスケードレーザ素子となる複数の部分を互いに仕切るラインに沿って半導体ウェハ及び半導体層を劈開させる第７工程と、を備える。
この量子カスケードレーザ素子の製造方法では、第１電極となる複数の金属メッキ層のそれぞれにリッジ部を埋め込んだ後に、複数の金属メッキ層のそれぞれの間の領域に保護部材が配置された状態で、複数の金属メッキ層のそれぞれの表面を研磨によって平坦化する。これにより、リッジ部が埋め込まれた第１電極の表面を効率良く平坦化することができる。しかも、複数の金属メッキ層のそれぞれの表面を研磨によって平坦化する際に、半導体ウェハ及び半導体層を劈開させるための領域が保護部材によって保護される。これにより、当該領域に傷等が付くのが防止されるため、半導体ウェハ及び半導体層を精度良く劈開させることができる。以上により、この量子カスケードレーザ素子の製造方法によれば、リッジ部が埋め込まれた第１電極の表面が平坦化された量子カスケードレーザ素子を効率良く且つ歩留まり良く製造することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子の製造方法では、第４工程においては、ラインに沿って半導体層上にマスク部材を形成し、マスク部材が有する複数の開口を介して複数の金属メッキ層を形成してもよい。これによれば、半導体ウェハ及び半導体層を劈開させるための領域を除く領域に、複数の金属メッキ層を効率良く形成することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子の製造方法では、第５工程においては、マスク部材を保護部材として用いてもよい。これによれば、複数の金属メッキ層の形成、及び複数の金属メッキ層のそれぞれの表面の研磨をより効率良く実施することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子の製造方法では、第４工程においては、リッジ部の表面のうちの少なくとも一部を覆うと共に絶縁層を覆うように、第１電極となる金属下地層を形成し、金属下地層上に複数の金属メッキ層を形成してもよい。これによれば、複数の金属メッキ層をより確実に形成することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子の製造方法では、第５工程においては、複数の金属メッキ層のそれぞれの表面を研磨によって平坦化した後に、保護部材を除去し、金属下地層のうちラインに沿った部分をエッチングによって除去してもよい。これによれば、半導体ウェハ及び半導体層をより精度良く劈開させることができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子の製造方法では、第４工程においては、複数の金属メッキ層をＡｕのメッキによって形成し、第５工程においては、複数の金属メッキ層のそれぞれの表面を化学機械研磨によって平坦化してもよい。これによれば、半田部材等の接合部材の濡れ性が確保された第１電極を得ることができる。
本発明によれば、リッジ部が埋め込まれた第１電極の表面が平坦化された量子カスケードレーザ素子を効率良く且つ歩留まり良く製造することができる量子カスケードレーザ素子の製造方法を提供することが可能となる。
一実施形態の量子カスケードレーザ素子の断面図である。 図１に示されるII－II線に沿っての量子カスケードレーザ素子の断面図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子を備える量子カスケードレーザ装置の断面図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子を備える量子カスケードレーザ装置の断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［量子カスケードレーザ素子の構成］
図１及び図２に示されるように、量子カスケードレーザ素子１は、半導体基板２と、半導体積層体３と、絶縁膜４と、第１電極５と、第２電極６と、を備えている。半導体基板２は、例えば、長方形板状のＳドープＩｎＰ単結晶基板である。一例として、半導体基板２の長さは２ｍｍ程度であり、半導体基板２の幅は５００μｍ程度であり、半導体基板２の厚さは百数十μｍ程度である。以下の説明では、半導体基板２の幅方向をＸ軸方向といい、半導体基板２の長さ方向をＹ軸方向といい、半導体基板２の厚さ方向をＺ軸方向という。
半導体積層体３は、半導体基板２の表面２ａに形成されている。半導体積層体３は、量子カスケード構造を有する活性層３１を含んでいる。半導体積層体３は、所定の中心波長（例えば、中赤外領域の波長であって、４～１１μｍのいずれかの値の中心波長）を有するレーザ光を発振するように構成されている。本実施形態では、半導体積層体３は、下部クラッド層３２、下部ガイド層（図示省略）、活性層３１、上部ガイド層（図示省略）、上部クラッド層３３及びコンタクト層（図示省略）が半導体基板２側からこの順序で積層されることで構成されている。上部ガイド層は、分布帰還（ＤＦＢ：distributed feedback）構造として機能する回折格子構造を有している。
活性層３１は、例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓの多重量子井戸構造を有する層である。下部クラッド層３２及び上部クラッド層３３のそれぞれは、例えば、ＳｉドープＩｎＰ層である。下部ガイド層及び上部ガイド層のそれぞれは、例えば、ＳｉドープＩｎＧａＡｓ層である。コンタクト層は、例えば、ＳｉドープＩｎＧａＡｓ層である。
半導体積層体３は、Ｙ軸方向に沿って延在するリッジ部３０を有している。リッジ部３０は、下部クラッド層３２における半導体基板２とは反対側の部分、並びに、下部ガイド層、活性層３１、上部ガイド層、上部クラッド層３３及びコンタクト層によって構成されている。Ｘ軸方向におけるリッジ部３０の幅は、Ｘ軸方向における半導体基板２の幅よりも小さい。Ｙ軸方向におけるリッジ部３０の長さは、Ｙ軸方向における半導体基板２の長さに等しい。一例として、リッジ部３０の長さは２ｍｍ程度であり、リッジ部３０の幅は数μｍ～十数μｍ程度であり、リッジ部３０の厚さは数μｍ程度である。リッジ部３０は、Ｘ軸方向において半導体基板２の中央に位置している。Ｘ軸方向におけるリッジ部３０の両側には、半導体積層体３を構成する各層が存在していない。
半導体積層体３は、リッジ部３０の光導波方向Ａにおいて対向する第１端面３ａ及び第２端面３ｂを有している。光導波方向Ａは、リッジ部３０の延在方向であるＹ軸方向に平行な方向である。第１端面３ａ及び第２端面３ｂは、光出射端面として機能する。第１端面３ａ及び第２端面３ｂのそれぞれは、Ｙ軸方向において対向する半導体基板２の両側面のそれぞれと同一平面上に位置している。
絶縁膜４は、リッジ部３０における半導体基板２とは反対側の表面３０ａが露出するように、リッジ部３０の側面３０ｂ及び下部クラッド層３２の表面３２ａに形成されている。リッジ部３０の側面３０ｂは、Ｘ軸方向において対向するリッジ部３０の両側面のそれぞれである。下部クラッド層３２の表面３２ａは、下部クラッド層３２のうちリッジ部３０を構成していない部分における半導体基板２とは反対側の表面である。絶縁膜４は、例えば、ＳｉＮ膜又はＳｉＯ２膜である。
第１電極５は、半導体積層体３における半導体基板２とは反対側の表面３ｃに形成されている。半導体積層体３の表面３ｃは、リッジ部３０の表面３０ａ、リッジ部３０の側面３０ｂ及び下部クラッド層３２の表面３２ａによって構成された面である。Ｚ軸方向から見た場合に、第１電極５の外縁は、半導体基板２及び半導体積層体３の外縁の内側に位置している。第１電極５は、リッジ部３０の表面３０ａ上においてはリッジ部３０の表面３０ａに接触しており、リッジ部３０の側面３０ｂ上及び下部クラッド層３２の表面３２ａ上においては絶縁膜４に接触している。これにより、第１電極５は、コンタクト層を介して上部クラッド層３３に電気的に接続されている。
第１電極５は、金属下地層５１と、金属メッキ層５２と、を有している。金属下地層５１は、半導体積層体３の表面３ｃに沿って延在するように形成されている。金属下地層５１は、例えば、Ｔｉ／Ａｕ層である。金属メッキ層５２は、リッジ部３０が金属メッキ層５２に埋め込まれるように金属下地層５１上に形成されている。金属メッキ層５２は、例えば、Ａｕメッキ層である。金属メッキ層５２における半導体基板２とは反対側の表面５２ａは、Ｚ軸方向に垂直な平坦面である。一例として、金属メッキ層５２の表面５２ａは、化学機械研磨によって平坦化された研磨面であり、金属メッキ層５２の表面５２ａには、研磨痕が形成されている。なお、リッジ部３０が金属メッキ層５２に埋め込まれるとは、金属メッキ層５２のうちＸ軸方向においてリッジ部３０の両側に位置する部分の厚さ（Ｚ軸方向における当該部分の厚さ）がＺ軸方向におけるリッジ部３０の厚さよりも大きい状態で、リッジ部３０が金属メッキ層５２に覆われることを意味する。
第２電極６は、半導体基板２における半導体積層体３とは反対側の表面２ｂに形成されている。第２電極６は、例えば、ＡｕＧｅ／Ａｕ膜、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜又はＡｕ膜である。第２電極６は、半導体基板２を介して下部クラッド層３２に電気的に接続されている。
以上のように構成された量子カスケードレーザ素子１では、第１電極５及び第２電極６を介して活性層３１にバイアス電圧が印加されると、活性層３１から光が発せられ、当該光のうち所定の中心波長を有する光が分布帰還構造において共振させられる。これにより、所定の中心波長を有するレーザ光が第１端面３ａ及び第２端面３ｂのそれぞれから出射される。なお、第１端面３ａ及び第２端面３ｂの一方の端面に低反射膜が形成されている場合には、所定の中心波長を有するレーザ光が第１端面３ａ及び第２端面３ｂの他方の端面からも出射されるが、所定の中心波長を有するレーザ光は、低反射膜が形成された一方の端面から高出力で出射される。また、第１端面３ａ及び第２端面の一方の端面に高反射膜が形成されていてもよい。その場合には、所定の中心波長を有するレーザ光が第１端面３ａ及び第２端面の他方の端面から出射される。
［量子カスケードレーザ素子の製造方法］
上述した量子カスケードレーザ素子１の製造方法について、図３～図８を参照して説明する。なお、図３～図８には、それぞれが量子カスケードレーザ素子１となる複数の部分のうちの隣り合う２つの部分のみが示されている。
まず、図３の（ａ）に示されるように、第１主面２００ａ及び第２主面２００ｂを有する半導体ウェハ２００を用意し、半導体ウェハ２００の第１主面２００ａに半導体層３００を形成する（第１工程）。半導体ウェハ２００は、それぞれが半導体基板２となる複数の部分を含んでいる。半導体ウェハ２００は、例えば、ＳドープＩｎＰ単結晶（１００）ウェハである。半導体層３００は、それぞれが半導体積層体３となる複数の部分を含んでいる。半導体層３００は、例えば、ＭＯ－ＣＶＤによって各層（すなわち、下部クラッド層３２、下部ガイド層、活性層３１、上部ガイド層、上部クラッド層３３及びコンタクト層のそれぞれとなる層）をエピタキシャル成長させることで形成される。
第１工程の後に、図３の（ｂ）に示されるように、半導体層３００において半導体積層体３となる部分がリッジ部３０を有するように、半導体層３００の一部をエッチングによって除去する（第２工程）。これにより、半導体層３００に複数のリッジ部３０が形成される。半導体層３００の一部を除去するためのエッチングは、例えば、ドライエッチングである。
第２工程の後に、図４の（ａ）に示されるように、各リッジ部３０の表面３０ａが露出するように、半導体層３００における第２主面２００ｂとは反対側の表面に絶縁層４００を形成する（第３工程）。絶縁層４００は、それぞれが絶縁膜４となる複数の部分を含んでいる。なお、第２工程において半導体ウェハ２００の表面が部分的に半導体層３００側に露出した場合には、絶縁層４００は、半導体ウェハ２００及び半導体層３００における第２主面２００ｂとは反対側の表面に形成される。
第３工程の後に、図４の（ｂ）に示されるように、各リッジ部３０の表面３０ａを覆うと共に絶縁層４００を覆うように、金属下地層５１０を形成する（第４工程）。金属下地層５１０は、それぞれが金属下地層５１となる複数の部分を含んでいる。金属下地層５１０は、例えば、Ｔｉ及びＡｕをこの順序でスパッタすることで形成される。
続いて、図５の（ａ）に示されるように、ラインＬに沿って半導体層３００上にマスク部材Ｍを形成する（第４工程）。ラインＬは、それぞれが量子カスケードレーザ素子１となる複数の部分を互いに仕切るラインである。つまり、ラインＬは、半導体ウェハ２００及び半導体層３００の劈開予定ラインである。マスク部材Ｍは、例えば、レジストによって、金属下地層５１０を介して半導体層３００上に形成される。ラインＬに沿って延在するマスク部材Ｍの幅は、例えば、１００μｍ程度である。
続いて、図５の（ｂ）に示されるように、マスク部材Ｍが有する複数の開口Ｍａを介して、金属下地層５１０上に複数の金属メッキ層５２０を形成し、各金属メッキ層５２０にリッジ部３０を埋め込む（第４工程）。各金属メッキ層５２０は、金属メッキ層５２となる部分である。本実施形態では、複数の金属メッキ層５２０がＡｕのメッキによって形成される。ことのき、各金属メッキ層５２０では、埋め込まれたリッジ部３０に対応する部分が凸状を呈する。
以上のように、第４工程においては、それぞれが半導体積層体３となる部分に複数の金属メッキ層５２０を形成し、各金属メッキ層５２０にリッジ部３０を埋め込む。なお、図５の（ａ）及び（ｂ）のそれぞれにおいて、右側の図は、左側の図に示されるｒ－ｒ線に沿っての断面図である（後述する図６の（ａ）及び（ｂ）においても同様）。
第４工程の後に、図６の（ａ）に示されるように、各金属メッキ層５２０の間の領域（隣り合う金属メッキ層５２０の間の領域）にマスク部材Ｍが配置された状態で、各金属メッキ層５２０における半導体ウェハ２００とは反対側の表面５２０ａを研磨によって平坦化する（第５工程）。本実施形態では、マスク部材Ｍが保護部材として用いられつつ、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａが化学機械研磨によって一括で平坦化される。続いて、図６の（ｂ）に示されるように、マスク部材Ｍを除去し、図７の（ａ）に示されるように、金属下地層５１０のうちラインＬに沿った部分をエッチングによって除去する（第５工程）。
第５工程の後に、図７の（ｂ）に示されるように、半導体ウェハ２００の第２主面２００ｂを研磨し、半導体ウェハ２００を薄化する。続いて、図８の（ａ）に示されるように、半導体ウェハ２００の第２主面２００ｂに電極層６００を形成する（第６工程）。電極層６００は、それぞれが第２電極６となる複数の部分を含んでいる。電極層６００には、半導体ウェハ２００の第２主面２００ｂに形成された状態で、例えば、合金熱処理が施される。なお、第６工程は、第５工程の後に限定されず、他のタイミングで実施されてもよい。ただし、第６工程において半導体ウェハ２００を薄化する場合には、薄化した半導体ウェハ２００をワックスで支持基板に貼り付ける必要があるが、一般的なワックスの耐熱温度が第３工程における絶縁層４００の形成温度よりも低いため、第６工程は、第３工程の後に実施されることが好ましい。一例として、第６工程は、第３工程と第４工程との間で実施されてもよいし、或いは第４工程と第５工程との間で実施されてもよい。
第５工程及び第６工程の後に、図８の（ｂ）に示されるように、マスク部材Ｍが除去された状態で（すなわち、半導体ウェハ２００及び半導体層３００を劈開させるための領域（ストリート領域）が露出した状態で）、ラインＬに沿って半導体ウェハ２００及び半導体層３００を劈開させる（第７工程）。ストリート領域の幅は、例えば、１００μｍ程度である。これにより、複数の量子カスケードレーザ素子１が得られる。
［量子カスケードレーザ装置の構成］
上述した量子カスケードレーザ素子１を備える量子カスケードレーザ装置１０Ａについて、図９を参照して説明する。図９に示されるように、量子カスケードレーザ装置１０Ａは、量子カスケードレーザ素子１と、支持部１１と、接合部材１２と、ＣＷ駆動部（駆動部）１３と、を備えている。
支持部１１は、本体部１１１と、電極パッド１１２と、を有している。支持部１１は、例えば、本体部１１１がＡｌＮによって形成されたサブマントである。支持部１１は、半導体積層体３が半導体基板２に対して支持部１１側に位置した状態（すなわち、エピサイドダウンの状態）で、量子カスケードレーザ素子１を支持している。
接合部材１２は、エピサイドダウンの状態で、支持部１１の電極パッド１１２と量子カスケードレーザ素子１の第１電極５とを接合している。接合部材１２は、例えば、ＡｕＳｎ部材等の半田部材である。接合部材１２のうち電極パッド１１２と第１電極５との間に配置された部分の厚さは、例えば、数μｍ程度である。
ＣＷ駆動部１３は、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振するように量子カスケードレーザ素子１を駆動する。ＣＷ駆動部１３は、支持部１１の電極パッド１１２及び量子カスケードレーザ素子１の第２電極６のそれぞれに電気的に接続されている。ＣＷ駆動部１３を電極パッド１１２及び第２電極６のそれぞれに電気的に接続するために、電極パッド１１２及び第２電極６のそれぞれに対してワイヤボンディングが実施される。
上述した量子カスケードレーザ素子１を備える量子カスケードレーザ装置１０Ｂについて、図１０を参照して説明する。図１０に示されるように、量子カスケードレーザ装置１０Ｂは、量子カスケードレーザ素子１と、支持部１１と、接合部材１２と、パルス駆動部（駆動部）１４と、を備えている。
支持部１１は、本体部１１１と、電極パッド１１２と、を有している。支持部１１は、例えば、本体部１１１がＡｌＮによって形成されたサブマントである。支持部１１は、半導体基板２が半導体積層体３に対して支持部１１側に位置した状態（すなわち、エピサイドアップの状態）で、量子カスケードレーザ素子１を支持している。
接合部材１２は、エピサイドアップの状態で、支持部１１の電極パッド１１２と量子カスケードレーザ素子１の第２電極６とを接合している。接合部材１２は、例えば、ＡｕＳｎ部材等の半田部材である。接合部材１２のうち電極パッド１１２と第２電極６との間に配置された部分の厚さは、例えば、数μｍ程度である。
パルス駆動部１４は、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光をパルス発振するように量子カスケードレーザ素子１を駆動する。レーザ光のパルス幅は、例えば、５０～５００ｎｓであり、レーザ光の繰り返し周波数は、例えば、１～５００ｋＨｚである。パルス駆動部１４は、支持部１１の電極パッド１１２及び量子カスケードレーザ素子１の第１電極５のそれぞれに電気的に接続されている。パルス駆動部１４を電極パッド１１２及び第１電極５のそれぞれに電気的に接続するために、電極パッド１１２及び第１電極５のそれぞれに対してワイヤボンディングが実施される。
以上のように構成された各量子カスケードレーザ装置１０Ａ，１０Ｂでは、支持部１１側にヒートシンク（図示省略）が設けられている。そのため、量子カスケードレーザ素子１がエピサイドダウンの状態で支持部１１に実装されている構成（図９に示されるエピサイドダウンの構成）は、量子カスケードレーザ素子１がエピサイドアップの状態で支持部１１に実装されている構成（図１０に示されるエピサイドアップの構成）に比べ、半導体積層体３の放熱性を確保し易い。したがって、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振するように駆動される場合には、エピサイドダウンの構成が有効である。特に、中赤外領域における比較的短波長の中心波長（例えば、４～１１μｍのうちの４～６μｍのいずれかの値の中心波長）を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されており、且つ量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振するように駆動される場合には、エピサイドダウンの構成が有効である。ただし、条件等によっては、エピサイドダウンの構成において、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振するように駆動されることに限定されず、エピサイドアップの構成において、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光をパルス発振するように駆動されることに限定されない。
なお、図９に示されるエピサイドダウンの構成では、第１電極５の金属メッキ層５２の表面５２ａが平坦化されているため、支持部１１における量子カスケードレーザ素子１の支持状態が安定する。一方、図１０に示されるエピサイドアップの構成では、第１電極５の金属メッキ層５２の表面５２ａが平坦化されているため、第１電極５に対してワイヤボンディングを実施する際にその位置の自由度が大きくなる。このように、量子カスケードレーザ素子１において第１電極５の金属メッキ層５２の表面５２ａが平坦化されている構成は、エピサイドダウンの構成が採用されるかエピサイドアップの構成が採用されるかにかかわらず、極めて有効である。
［作用及び効果］
量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、各金属メッキ層５２０にリッジ部３０を埋め込んだ後に、各金属メッキ層５２０の間の領域にマスク部材Ｍが配置された状態で、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａを研磨によって平坦化する。これにより、リッジ部３０が埋め込まれた第１電極５の表面を効率良く平坦化することができる。しかも、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａを研磨によって平坦化する際に、半導体ウェハ２００及び半導体層３００を劈開させるための領域がマスク部材Ｍによって保護される。これにより、当該領域に傷等が付くのが防止されるため、半導体ウェハ２００及び半導体層３００を精度良く劈開させることができる。以上により、量子カスケードレーザ素子１の製造方法によれば、リッジ部３０が埋め込まれた第１電極５の表面が平坦化された量子カスケードレーザ素子１を効率良く且つ歩留まり良く製造することができる。
なお、通常であれば、活性層３１に負荷が掛かることを懸念し、リッジ部３０上に形成された電極層の表面を研磨によって平坦化することを避けたい。上述した量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、各金属メッキ層５２０にリッジ部３０を埋め込んだ後に、各金属メッキ層５２０の間の領域にマスク部材Ｍが配置された状態で、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａを研磨によって平坦化するため、活性層３１に掛かる負荷が軽減される。
量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、ラインＬに沿って半導体層３００上にマスク部材Ｍを形成し、マスク部材Ｍが有する複数の開口Ｍａを介して複数の金属メッキ層５２０を形成する。これにより、半導体ウェハ２００及び半導体層３００を劈開させるための領域を除く領域に、複数の金属メッキ層５２０を効率良く形成することができる。
量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、複数の金属メッキ層５２０を形成する際にマスクとして用いたマスク部材Ｍを、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａを研磨によって平坦化する際に保護部材として用いる。これにより、複数の金属メッキ層５２０の形成、及び各金属メッキ層５２０の表面５２０ａの研磨をより効率良く実施することができる。
量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、各リッジ部３０の表面３０ａを覆うと共に絶縁層４００を覆うように金属下地層５１０を形成し、金属下地層５１０上に複数の金属メッキ層５２０を形成する。これにより、複数の金属メッキ層５２０をより確実に形成することができる。
量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａを研磨によって平坦化した後に、マスク部材Ｍを除去し、金属下地層５１０のうちラインＬに沿った部分をエッチングによって除去する。これにより、半導体ウェハ２００及び半導体層３００をより精度良く劈開させることができる。
量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、複数の金属メッキ層５２０をＡｕのメッキによって形成し、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａを化学機械研磨によって平坦化する。これにより、半田部材等の接合部材１２の濡れ性が確保された第１電極５を得ることができる。
なお、複数の金属メッキ層５２０をＣｕのメッキによって形成した場合には、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａを化学機械研磨によって平坦化する技術は成熟している。しかし、半田部材等の接合部材１２の濡れ性を確保するためには、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａにＡｕ層を形成する必要があり、量子カスケードレーザ素子１の製造工程が煩雑なものとなる。これに対し、複数の金属メッキ層５２０をＡｕのメッキによって形成した場合には、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａを化学機械研磨によって平坦化するための条件出しが必要となるものの、条件出しが成されれば、量子カスケードレーザ素子１の製造工程が単純なものとなる。
［変形例］
本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、活性層３１には、公知の量子カスケード構造を適用することができる。また、半導体積層体３には、公知の積層構造を適用することができる。一例として、半導体積層体３において、上部ガイド層は、分布帰還構造として機能する回折格子構造を有していなくてもよい。
また、絶縁膜４は、リッジ部３０の表面３０ａのうちの少なくとも一部が露出するように形成されていればよい。つまり、量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、リッジ部３０の表面３０ａのうちの少なくとも一部が露出するように絶縁層４００を形成すればよい。ただし、量子カスケードレーザ素子１において、リッジ部３０の表面３０ａの全体が露出するように絶縁膜４が形成されていると、第１電極５とリッジ部３０との接触面積が増えるため、リッジ部３０において広い電流注入領域を確保することができ、高効率な光出力特性を得ることが可能となる。
また、Ｚ軸方向から見た場合に、第１電極５のうちの金属下地層５１の外縁は、半導体基板２及び半導体積層体３の外縁に一致していてもよい。つまり、量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、金属下地層５１０のうちラインＬに沿った部分をエッチングによって除去しなくてもよい。その場合にも、半導体ウェハ２００及び半導体層３００を精度良く劈開させることができる。なお、Ｚ軸方向から見た場合に、第１電極５のうちの金属下地層５１の外縁が、少なくとも第１端面３ａ及び第２端面３ｂに一致していると、第１端面３ａ及び第２端面３ｂでの放熱性を確保することができる。
量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、各金属メッキ層５２０の表面５２０ａを研磨によって平坦化する際に、マスク部材Ｍとは別に、各金属メッキ層５２０の間の領域に保護部材を配置してもよい。
１…量子カスケードレーザ素子、２…半導体基板、２ｂ…表面、３…半導体積層体、３ｃ…表面、５…第１電極、６…第２電極、３０…リッジ部、３０ａ…表面、３１…活性層、５１…金属下地層、５２…金属メッキ層、２００…半導体ウェハ、２００ａ…第１主面、２００ｂ…第２主面、３００…半導体層、４００…絶縁層、５１０…金属下地層、５２０…金属メッキ層、５２０ａ…表面、６００…電極層、Ｌ…ライン、Ｍ…マスク部材、Ｍａ…開口。

Claims (6)

  1. 半導体基板と、量子カスケード構造を有する活性層を含み、前記半導体基板上に形成された半導体積層体と、前記半導体積層体における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、前記半導体基板における前記半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、を備える量子カスケードレーザ素子の製造方法であって、
    前記半導体基板となる複数の部分を含み且つ第１主面及び第２主面を有する半導体ウェハを用意し、前記半導体積層体となる複数の部分を含む半導体層を前記第１主面に形成する第１工程と、
    前記第１工程の後に、前記半導体積層体となる前記複数の部分のそれぞれがリッジ部を有し且つ前記リッジ部が前記活性層の少なくとも一部を含むように、前記半導体層の一部をエッチングによって除去する第２工程と、
    前記第２工程の後に、前記リッジ部における前記半導体ウェハとは反対側の表面のうちの少なくとも一部が露出するように、前記半導体ウェハ及び前記半導体層における前記第２主面とは反対側の表面に絶縁層を形成する第３工程と、
    前記第３工程の後に、前記半導体積層体となる前記複数の部分に、前記第１電極となる複数の金属メッキ層を形成し、前記リッジ部の幅方向における前記活性層の少なくとも一部の両側に前記複数の金属メッキ層のそれぞれの一部が位置するように、前記複数の金属メッキ層のそれぞれに前記リッジ部を埋め込む第４工程と、
    前記第４工程の後に、前記複数の金属メッキ層のそれぞれの間の領域に保護部材が配置された状態で、前記複数の金属メッキ層のそれぞれにおける前記半導体ウェハとは反対側の表面を研磨によって平坦化する第５工程と、
    前記第２電極となる複数の部分を含む電極層を前記第２主面に形成する第６工程と、
    前記第５工程及び前記第６工程の後に、前記保護部材が除去され且つ前記複数の金属メッキ層のそれぞれの前記表面が平坦化された状態で、前記量子カスケードレーザ素子となる複数の部分を互いに仕切るラインに沿って前記半導体ウェハ及び前記半導体層を劈開させる第７工程と、を備える、量子カスケードレーザ素子の製造方法。
  2. 前記第４工程においては、前記ラインに沿って前記半導体層上にマスク部材を形成し、前記マスク部材が有する複数の開口を介して前記複数の金属メッキ層を形成する、請求項１に記載の量子カスケードレーザ素子の製造方法。
  3. 前記第５工程においては、前記マスク部材を前記保護部材として用いる、請求項２に記載の量子カスケードレーザ素子の製造方法。
  4. 前記第４工程においては、前記リッジ部の前記表面のうちの前記少なくとも一部を覆うと共に前記絶縁層を覆うように、前記第１電極となる金属下地層を形成し、前記金属下地層上に前記複数の金属メッキ層を形成する、請求項１～３のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ素子の製造方法。
  5. 前記第５工程においては、前記複数の金属メッキ層のそれぞれの前記表面を前記研磨によって平坦化した後に、前記保護部材を除去し、前記金属下地層のうち前記ラインに沿った部分をエッチングによって除去する、請求項４に記載の量子カスケードレーザ素子の製造方法。
  6. 前記第４工程においては、前記複数の金属メッキ層をＡｕのメッキによって形成し、
    前記第５工程においては、前記複数の金属メッキ層のそれぞれの前記表面を化学機械研磨によって平坦化する、請求項１～５のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ素子の製造方法。
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