JP2013110267A - 半導体レーザダイオードとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、劈開時の結晶欠けを抑制できる半導体レーザダイオードとその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る半導体レーザダイオードは、基板１４と、該基板１４の上方に形成された活性層２６と、該活性層２６の上に形成された半導体層２８と、該半導体層２８のうち該前端面１２ａを含む部分の格子間結合の一部を切断して形成された、格子間結合を切断しない部分よりも高抵抗となる前端面高抵抗部２８ａと、該半導体層２８のうち該後端面１２ｂを含む部分の格子間結合の一部を切断して形成された、格子間結合を切断しない部分よりも高抵抗となる後端面高抵抗部２８ｂと、該前端面１２ａにおいて該前端面高抵抗部２８ａと直接接しない部分を有し、かつ該後端面１２ｂにおいて該後端面高抵抗部２８ｂと直接接しない部分を有するように、該半導体層２８の上に形成された電極３８と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば加工機器などに用いられる半導体レーザダイオードとその製造方法に関する。

特許文献１には、半導体レーザダイオードの半導体層の一部に水素を添加し、電流狭窄構造を形成することが開示されている。これにより、水素を添加しなかった部分に電流を集中させる。

特開２００６−２６１４０７号公報

水素添加では半導体層の高抵抗化が不十分となることがある。その場合、水素添加された領域上に絶縁層を形成する。この絶縁層は電流ブロック層として機能する。

ところで、半導体層にプロトンを注入すれば十分に高抵抗なプロトン注入領域を形成できる。この場合、絶縁層は不要であり、プロトン注入領域の上に電極が形成される。その後、劈開面にプロトン注入領域が表れるようにウエハを劈開する。プロトン注入領域の結晶はもろいので、劈開時にプロトン注入領域が電極に引っ張られて劈開面に結晶欠けが生じることがある。

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、劈開面の結晶欠けを抑制できる半導体レーザダイオードとその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体レーザダイオードは、レーザ光を出射する前端面と、該前端面と反対側の端面である後端面を有する半導体レーザダイオードであって、基板と、該基板の上方に形成された活性層と、該活性層の上に形成された半導体層と、該半導体層のうち該前端面を含む部分の格子間結合の一部を切断して形成された、格子間結合を切断しない部分よりも高抵抗となる前端面高抵抗部と、該半導体層のうち該後端面を含む部分の格子間結合の一部を切断して形成された、格子間結合を切断しない部分よりも高抵抗となる後端面高抵抗部と、該前端面において該前端面高抵抗部と直接接しない部分を有し、かつ該後端面において該後端面高抵抗部と直接接しない部分を有するように、該半導体層の上に形成された電極と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法は、基板の上方に活性層を形成する工程と、該活性層の上に半導体層を形成する工程と、該半導体層に電流狭窄構造を形成するようにプロトンを注入して高抵抗部を形成する工程と、該高抵抗部の上に絶縁層を形成する工程と、該絶縁層、及び該半導体層の上に電極を形成する工程と、該絶縁層の形成された部分が劈開面に表れるように、該基板、該活性層、該高抵抗部、該絶縁層、及び該電極を劈開する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る他の半導体レーザダイオードの製造方法は、基板の上方に活性層を形成する工程と、該活性層の上に半導体層を形成する工程と、該半導体層に電流狭窄構造を形成するようにプロトンを注入して高抵抗部を形成する工程と、該高抵抗部の上に開口を有するように、該半導体層の上に電極を形成する工程と、劈開面が該開口を横断するように該基板、該活性層、該高抵抗部、及び該電極を劈開する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、端面における高抵抗部と電極の接触を抑制するので、劈開面の結晶欠けを抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る半導体レーザダイオードの斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 高抵抗部が環状に形成されることを示す図である。 半導体層を形成したことを示す断面図である。 半導体層に高抵抗部を形成したことを示す断面図である。 図５の平面図である。 高抵抗部の上に絶縁層を形成したことを示す断面図である。 絶縁層、及び半導体層の上に電極を形成したことを示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体レーザダイオードの斜視図である。 図９のＸ−Ｘ線における断面図である。 電極を形成したことを示す断面図である。 図１１の断面斜視図である。 Ａｕめっきを形成したことを示す断面斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体レーザダイオードの変形例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザダイオードの斜視図である。 図１５の半導体レーザダイオードの半導体層を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザダイオードの変形例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザダイオードの変形例を示す斜視図である。 高抵抗部が上クラッド層の途中まで形成されたことを示す断面図である。 絶縁膜が高抵抗部よりも幅が広くなるように形成されたことを示す断面図である。 絶縁膜が高抵抗部よりも幅が狭くなるように形成されたことを示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザダイオードの斜視図である。本発明の実施の形態１に係る半導体レーザダイオード１０は、プレーナ形ワイドストライプ高出力レーザダイオードで形成されている。半導体レーザダイオード１０は、レーザ光を出射する前端面１２ａと、前端面１２ａと反対側の端面である後端面１２ｂを有している。半導体レーザダイオード１０は、ＧａＡｓで形成された基板１４を有している。基板１４の上にはＧａＡｓで形成されたバッファ層１６を有している。バッファ層１６の上にはＡｌＧａＩｎＰで形成された下クラッド層１８を有している。下クラッド層１８の上には活性層２６が形成されている。活性層２６は、下層側から、ＩｎＧａＰで形成されたガイド層２０、ＧａＡｓＰで形成されたウェル層２２、ＩｎＧａＰで形成されたガイド層２４を有している。このように基板１４の上方には活性層２６が形成されている。

活性層２６の上には、高抵抗部２８Ａが形成されている。高抵抗部２８Ａは、半導体層にプロトンを注入して高抵抗化した部分である。高抵抗部２８Ａの上には絶縁層３６が形成されている。絶縁層３６の上には電極３８が形成されている。電極３８の上にはＡｕめっき４０が形成されている。また、基板１４の裏面にもＡｕめっき４２が形成されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。活性層２６の上には半導体層２８が形成されている。半導体層２８は、下層側から、ＡｌＧａＩｎＰで形成された上クラッド層３０、ＩｎＧａＰで形成されたＢＤＲ層３２、コンタクト層３４を有している。半導体層２８の一部は、プロトンが注入されて格子間結合（Ｇａ−Ａｓ結合）の一部が切断されたことにより高抵抗部２８Ａとなっている。高抵抗部２８Ａは、前端面高抵抗部２８ａと後端面高抵抗部２８ｂを有している。前端面高抵抗部２８ａは、半導体層２８のうち前端面１２ａを含む部分の格子間結合の一部を切断して形成された、格子間結合を切断しない部分よりも高抵抗となる部分である。後端面高抵抗部２８ｂは、半導体層２８のうち後端面１２ｂを含む部分の格子間結合の一部を切断して形成された、格子間結合を切断しない部分よりも高抵抗となる部分である。

絶縁層３６は、前端面絶縁層３６ａと後端面絶縁層３６ｂを有している。前端面絶縁層３６ａは、前端面１２ａにおいて前端面高抵抗部２８ａと電極３８の間に形成されている。後端面絶縁層３６ｂは、後端面１２ｂにおいて後端面高抵抗部２８ｂと電極３８の間に形成されている。すなわち、前端面１２ａと後端面１２ｂのどちらにおいても、高抵抗部２８Ａと電極３８の間には絶縁層３６が形成されている。

図３は、高抵抗部が環状に形成されることを示す図である。高抵抗部２８Ａは半導体レーザダイオード１０の外周に沿うように環状に形成されている。半導体層２８のうち高抵抗部２８Ａに囲まれた部分は活性層２６に電流を供給するために用いられる電流注入部２８ｉである。こうして、半導体層２８は、電流注入部２８ｉとそれを囲むように形成された高抵抗部２８Ａとを有し、電流狭窄構造を形成している。

次いで、半導体レーザダイオード１０の製造方法を説明する。まず、基板の上方に活性層を形成する。次いで、活性層の上に半導体層２８′を形成する。図４は、半導体層を形成したことを示す断面図である。次いで、半導体層２８′に電流狭窄構造を形成するようにプロトンを注入して高抵抗部２８Ａを形成する。図５は、半導体層に高抵抗部を形成したことを示す断面図である。図６は、図５の平面図である。高抵抗部２８Ａは、複数の電流狭窄構造を形成している。

次いで、高抵抗部２８Ａの上に絶縁層を形成する。図７は、高抵抗部の上に絶縁層を形成したことを示す断面図である。絶縁層３６は、高抵抗部２８Ａと重なるように形成する。前端面高抵抗部２８ａの上に前端面絶縁層３６ａを形成し、後端面高抵抗部２８ｂの上に後端面絶縁層３６ｂを形成する。次いで、絶縁層３６、及び半導体層２８の上に電極を形成する。図８は、絶縁層、及び半導体層の上に電極を形成したことを示す断面図である。電極３８は絶縁層３６と、半導体層２８の上に形成されることで、共振器の表面全体を覆う。次いで、Ａｕめっき４０、及びＡｕめっき４２を形成する。

次いで、図８の矢印に示す部分で共振器を劈開する。この劈開は、絶縁層３６の形成された部分が劈開面に表れるように、基板１４、活性層２６、高抵抗部２８Ａ,２８Ｂ、絶縁層３６、及び電極３８を割るものである。このように劈開すると図１に示す半導体レーザダイオード１０が完成する。

本発明の実施の形態１に係る半導体レーザダイオードによれば、前端面１２ａ及び後端面１２ｂにおいて高抵抗部２８Ａと電極３８の間に絶縁層３６が形成されている。この絶縁層３６は、プロトン注入でもろくなった高抵抗部２８Ａを補強するものである。よって、劈開の際に、プロトン注入領域である高抵抗部２８Ａが電極３８に引っ張られて劈開面に結晶欠けが生じることを抑制できる。結晶欠けの抑制は、劈開工程の歩留り改善や、半導体レーザダイオードの特性安定化に役立つ。

本発明は、半導体層にプロトンを注入して高抵抗部を形成し、その上に電極を形成する構成を有する半導体レーザダイオードに対して広く応用できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２の説明では、実施の形態１に係る半導体レーザダイオードと同一の構成要素については説明を省略する。図９は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザダイオードの斜視図である。半導体レーザダイオード５０は、電極５２を備えている。電極５２は、前端面１２ａの両端だけで前端面１２ａと同一平面を形成している。前端面１２ａの中央部分には電極５２が形成されていない。そのため、電極５２は、前端面１２ａから見たときに凹部を有している。

また、電極５２は、後端面１２ｂの両端だけで後端面１２ｂと同一平面を形成している。後端面１２ｂの中央部分には電極５２が形成されていない。そのため、電極５２は、後端面１２ｂから見たときに凹形状を有している。図１０は、図９のＸ−Ｘ線における断面図である。半導体層２８のうち、前端面１２ａに接する部分で上方に電極が形成されていないために外部に露出する面を第１露出面２８ｃと称する。半導体層２８のうち、後端面１２ｂに接する部分で上方に電極が形成されていないために外部に露出する面を第２露出面２８ｄと称する。

次いで、半導体レーザダイオード５０の製造方法を説明する。高抵抗部２８Ａを形成した後に、半導体層２８の上に電極５２を形成する。電極５２は、高抵抗部２８Ａの上に開口を有するように形成する。図１１は、電極５２を形成したことを示す断面図である。電極５２は、高抵抗部２８Ａの上に開口５２ａ、５２ｂを有するように形成する。開口５２ａの底面には第１露出面２８ｃが露出し、開口５２ｂの底面には第２露出面２８ｄが露出している。図１２は、図１１の断面斜視図である。次いで、Ａｕめっき４０を形成する。図１２から分かるように、電極５２は、開口５２ａ、５２ｂを有しつつも、全体としては一体形成されているので被メッキ物となる電極５２に電流供給できる。図１３は、Ａｕめっきを形成したことを示す断面斜視図である。

次いで、図１３の破線に沿うように共振器を劈開する。この劈開は、劈開面が開口５２ａ、５２ｂを横断するように基板１４、活性層２６、高抵抗部２８Ａ、及び電極５２を割るものである。このように劈開すると図９に示す半導体レーザダイオード５０が完成する。

本発明の実施の形態２に係る半導体レーザダイオード５０によれば、電極５２は、前端面１２ａの両端だけで前端面１２ａと同一平面を形成し、後端面１２ｂの両端だけで後端面１２ｂと同一平面を形成している。つまり、劈開面において電極５２と高抵抗部２８Ａが接する部分が少ないので、高抵抗部２８Ａが電極５２に引っ張られて劈開面に結晶欠けが生じることを抑制し、劈開工程の歩留りを改善できる。特に、前端面１２ａの中央部分では電極５２を形成しないことにより、この部分での結晶欠けを抑制できる。よって結晶欠けによるレーザ光への悪影響を抑制できる。

本発明の実施の形態２に係る半導体レーザダイオード５０では、端面の両端だけで端面と同一平面を形成するように電極を形成したが本発明はこれに限定されない。すなわち、電極は、前端面の両端の少なくとも一方だけで前端面と同一平面を形成し、かつ後端面の両端の少なくとも一方だけで前記後端面と同一平面を形成すればよい。つまり、Ａｕめっき４０の形成時に電極に電流供給できるように電極が一体的に形成されていれば電極の形状は特に限定されない。

ところで、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザダイオード５０では第１露出面２８ｃと第２露出面２８ｄが外部に露出する。これらの部分は、例えば、ウエハのハンドリング時などに搬送器具と接触する可能性がある。半導体層２８が搬送器具などと接触することで、半導体層（結晶）が欠けることが考えられる。これを防ぐために第１露出面２８ｃと第２露出面２８ｄに保護層を形成すると良い。

図１４は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザダイオードの変形例を示す斜視図である。変形例の半導体レーザダイオードは、第１露出面２８ｃが第１保護層５４ａで覆われ、第２露出面２８ｄが第２保護層５４ｂで覆われている。これらの保護層は絶縁層で形成されている。このように、半導体層のうち上方に電極が形成されていない部分に保護層を形成することで結晶の欠けを防止できる。このような保護層は、実際にウエハがハンドリングされる前に形成されればいつ形成されてもよい。保護層は例えば、電極５２を形成する前に形成しても良いし、図１２に示す開口５２ａ、５２ｂの底面に露出する第１露出面２８ｃ及び第２露出面２８ｄに形成してもよい。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３の説明では、実施の形態１に係る半導体レーザダイオードと同一の構成要素については説明を省略する。図１５は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザダイオードの斜視図である。半導体レーザダイオード６０は、アレイレーザダイオードで形成されているため、実施の形態１、２の場合と比べて前端面１２ａと後端面１２ｂの幅が広くなっている。電極６２は、実施の形態２の場合と同様に、前端面１２ａの両端及び後端面１２ｂの両端だけでこれらの端面と同一平面を形成している。これによりアレイレーザダイオードにおいても端面に欠けが生じることを抑制できる。図１６は、図１５の半導体レーザダイオードの半導体層を示す図である。半導体層２８には活性層２６に電流を流すための電流注入部２８ｉが複数形成されている。

ところで、図１５のＷ１は、電極６２が端面と同一平面を形成する部分の幅を表す。Ｗ１は、図１６のＷ２で表される電流注入部２８ｉから共振器側面までの長さより小さい。このように、前端面１２ａの中央部分では電極６２を形成しないことによりこの部分での半導体層２８の結晶欠けを抑制できる。よって、結晶欠けによるレーザ光への悪影響を抑制できる。

図１７は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザダイオードの変形例を示す斜視図である。変形例の半導体レーザダイオードは、図１５に示す半導体レーザダイオードでは外部に露出していた半導体層を、保護層７０ａ、７０ｂで覆う。よって、ウエハのハンドリング時などに搬送器具と半導体層が接触して結晶が欠けることを防止できる。

ところで、本発明の実施の形態１乃至３では、もろい高抵抗部２８Ａを原因とする劈開面の結晶欠けを抑制する技術を示した。本発明は、半導体レーザダイオードの端面における高抵抗部と電極の接触が劈開面に結晶欠けを生じさせる原因であることを見出し、当該接触を低減又は消滅させることを特徴とする。従って、前端面において前端面高抵抗部と直接接しない部分を有し、かつ後端面において後端面高抵抗部と直接接しない部分を有するように、半導体層の上に電極を形成する限りにおいて本発明の効果を得ることができる。そして、この特徴を逸脱しない範囲において、本発明は様々な変形が可能である。

例えば、アレイレーザダイオードで形成した半導体レーザダイオードにおいて、高抵抗部２８Ａの補強のための絶縁層を形成してもよい。図１８は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザダイオードの変形例を示す斜視図である。前端面高抵抗部２８ａは前端面絶縁層７２ａを介して電極６２に接する。後端面高抵抗部２８ｂは後端面絶縁層７２ｂを介して電極６２に接する。前端面絶縁層７２ａ、及び後端面絶縁層７２ｂにより前端面高抵抗部２８ａ、及び後端面高抵抗部２８ｂを補強し結晶欠けを抑制できる。

本発明の実施の形態１乃至３では、プロトン注入領域である高抵抗部２８Ａは、活性層２６の直上まで達しているが、本発明はこれに限定されない。高抵抗部２８Ａが活性層２６の直上まで達していなくても本発明の効果を得ることができる。例えば、高抵抗部はコンタクト層の表面から上クラッド層の途中まで形成されていてもよい。同様に、高抵抗部はコンタクト層の表面からコンタクト層の途中又はＢＤＲ層まで形成されていてもよい。図１９は、高抵抗部２８Ａが上クラッド層３０の途中まで形成されたことを示す断面図である。

また、例えば図２では、高抵抗部２８Ａの直上に重なるように絶縁層３６を形成したが本発明はこれに限定されない。つまり、高抵抗部と絶縁膜は断面視で同じ幅で形成されなくてもよい。図２０は、絶縁膜が高抵抗部よりも幅が広くなるように形成されたことを示す断面図である。図２１は、絶縁膜が高抵抗部よりも幅が狭くなるように形成されたことを示す断面図である。

１０ 半導体レーザダイオード、 １２ａ 前端面、 １２ｂ 後端面、 １４ 基板、 １６ バッファ層、 １８ 下クラッド層、 ２０ ガイド層、 ２２ ウェル層、 ２４ ガイド層、 ２６ 活性層、 ２８ 半導体層、 ２８Ａ 高抵抗部、 ２８ａ 前端面高抵抗部、 ２８ｂ 後端面高抵抗部、 ２８ｃ 第１露出面、 ２８ｄ 第２露出面、 ２８ｉ 電流注入部、 ３０ 上クラッド層、 ３２ ＢＤＲ層、 ３４ コンタクト層、 ３６ 絶縁層、 ３６ａ 前端面絶縁層、 ３６ｂ 後端面絶縁層、 ３８ 電極、 ４０,４２ Ａｕめっき、 ５２ 電極、 ５２ａ,５２ｂ 開口、 ５４ａ,５４ｂ,７０ａ,７０ｂ 保護層、 ７２ａ 前端面絶縁層、 ７２ｂ 後端面絶縁層

Claims (8)

1. レーザ光を出射する前端面と、前記前端面と反対側の端面である後端面を有する半導体レーザダイオードであって、
   基板と、
   前記基板の上方に形成された活性層と、
   前記活性層の上に形成された半導体層と、
   前記半導体層のうち前記前端面を含む部分の格子間結合の一部を切断して形成された、格子間結合を切断しない部分よりも高抵抗となる前端面高抵抗部と、
   前記半導体層のうち前記後端面を含む部分の格子間結合の一部を切断して形成された、格子間結合を切断しない部分よりも高抵抗となる後端面高抵抗部と、
   前記前端面において前記前端面高抵抗部と直接接しない部分を有し、かつ前記後端面において前記後端面高抵抗部と直接接しない部分を有するように、前記半導体層の上に形成された電極と、を備えたことを特徴とする半導体レーザダイオード。
2. 前記前端面において前記前端面高抵抗部と前記電極の間に形成された前端面絶縁層と、
   前記後端面において前記後端面高抵抗部と前記電極の間に形成された後端面絶縁層と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザダイオード。
3. 前記電極は、前記前端面の両端の少なくとも一方だけで前記前端面と同一平面を形成し、かつ前記後端面の両端の少なくとも一方だけで前記後端面と同一平面を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ダイオード。
4. 前記半導体層のうち上方に前記電極が形成されていない部分に形成された保護層を備えたことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザダイオード。
5. 前記半導体層に、前記活性層に電流を流すための電流注入部を複数形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体レーザダイオード。
6. 基板の上方に活性層を形成する工程と、
   前記活性層の上に半導体層を形成する工程と、
   前記半導体層に電流狭窄構造を形成するようにプロトンを注入して高抵抗部を形成する工程と、
   前記高抵抗部の上に絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層、及び前記半導体層の上に電極を形成する工程と、
   前記絶縁層の形成された部分が劈開面に表れるように、前記基板、前記活性層、前記高抵抗部、前記絶縁層、及び前記電極を劈開する工程と、を備えたことを特徴とする半導体レーザダイオードの製造方法。
7. 基板の上方に活性層を形成する工程と、
   前記活性層の上に半導体層を形成する工程と、
   前記半導体層に電流狭窄構造を形成するようにプロトンを注入して高抵抗部を形成する工程と、
   前記高抵抗部の上に開口を有するように、前記半導体層の上に電極を形成する工程と、
   劈開面が前記開口を横断するように前記基板、前記活性層、前記高抵抗部、及び前記電極を劈開する工程と、を備えたことを特徴とする半導体レーザダイオードの製造方法。
8. 前記開口の底面に前記半導体層を保護する保護層を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。

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