JP2000196197A

JP2000196197A - 成長基板が除去された窒化物レ―ザダイオ―ドの構造及び窒化物レ―ザダイオ―ドアレイ構造の製造方法

Info

Publication number: JP2000196197A
Application number: JP11364118A
Authority: JP
Inventors: A Keyser Michael; エイケイセルミカエル; P Bow David; ピーボウデビッド; Ping Mei; メイピン; T Romano Linda; ティロマノリンダ
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザダイオードアレイ構造の成長後にサフ
ァイア基板を除去して、レーザダイオードアレイへの電
気的コンタクトの形成の簡略化と特別な構造の使用の回
避、更に優れたヒートシンクのレーザダイオードアレイ
への取り付けを、可能にする。【解決手段】レーザダイオードアレイ構造を備えた半
導体膜の成長後に、半導体膜のサファイア基板側と反対
側に支持基板１１０５を取り付ける。その後、サファイ
ア基板を除去する。サファイア基板の除去後、熱伝導性
基板１１３８をサファイア基板があった側に取り付け
る。サファイア基板が除去されているので、レーザダイ
オードアレイへ電気的コンタクトを設けるのに特別な構
造が不必要となり、又、より効果的なヒートシンク効果
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザダイオードの
分野に関して、特に短波長窒化物レーザダイオードアレ
イの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】短波長の窒化物レーザダイオードは、レ
ーザ印刷操作及びその他の用途において、赤外（ＩＲ）
レーザダイオードに比べて、スポットサイズがより小さ
く且つ焦点深度がより良好である。シングルスポット窒
化物レーザダイオードは、光ストレジのような分野の用
途を有している。

【０００３】高速レーザ印刷の用途に対しては、レーザ
ダイオードアレイが望ましい。高速及び高解像度での印
刷は、ポリゴンの回転速度、レーザのターンオン回数、
及びレーザパワーに関する基本的な制約のために、レー
ザダイオードアレイを必要とする。レーザダイオードア
レイは、以前は、赤色及び赤外レーザダイオード構造を
用いて使用されてきている。２重スポット赤色レーザ及
び４重スポット赤外レーザが、レーザ印刷のために使用
されてきている。

【０００４】ＡｌＧａＩｎＮのような更に大きなバンド
ギャップの半導体化合物に基づくレーザダイオードが開
発されてきている。近紫外（ｎｅａｒ−ＵＶ）から紫色
（バイオレット；ｖｉｏｌｅｔ）にかけての周波数域で
の優れた半導体レーザ特性が、特に日本の日亜化学工業
によって確立されてきている。例えば、Ｓ．Ｎａｋａｍ
ｕｒａ及びＧ．Ｆａｓｏｌの「青色レーザダイオード−
ＧａＮをベースにした発光体及びレーザ（ＴｈｅＢｌ
ｕｅＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ − ＧａＮｂａｓｅｄ
ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｅｒｓａｎｄＬａｓｅｒ
ｓ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社（１９９
７）を参照されたい。

【０００５】２重スポットレーザを更に短い波長域へ拡
張することによって、より高解像度での印刷を可能にし
ている。短波長レーザダイオードアレイの構造は、窒化
物をベースにした窒化物レーザダイオードがアレイ中で
使用されるときには、異なったものになる必要がある。
これは、劈開の代わりにドライエッチングによってミラ
ーを形成する必要があること、及び、たいていの窒化物
デバイスはサファイアのような絶縁性基板の上に成長さ
れるからである。

【０００６】カリフォルニア大学のグループが、ＵＶエ
キシマレーザを使用して、サファイア基板からＧａＮ膜
を分離する技術を開発している。カリフォルニア大学の
技術は、紫外エキシマレーザを使用して、サファイア基
板との界面でＧａＮ層の薄い部分を分解する。エキシマ
レーザの光束（フラックス；ｆｌｕｘ）を適切に調節す
ることによって、界面のＧａＮが、最小限のダメージで
ＧａとＮとに分解される。引き続いて、融点が３０℃で
ある残存Ｇａメタルを膜−基板の界面でゆっくりと加熱
することで、ＧａＮ膜が除去される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】絶縁性基板を使用する
構造は、窒化物４重スポットダイオードレーザ及び面発
光型デュアル４重スポットレーザダイオードアレイの経
済的な形成を可能にする。現在のところ、最も進んだ窒
化物シングルレーザ構造は、絶縁性サファイア（Ａｌ₂
Ｏ₃）基板の上に成長される。レーザダイオードアレイ
に対する絶縁性基板の使用は、レーザダイオードのため
の電気的コンタクトの形成にあたって、特別な問題を生
じさせる。導電性基板が使用されている場合とは対照的
に、絶縁性基板では、アレイ中の全レーザダイオードに
対して共通の裏面コンタクトを形成することができな
い。このため、絶縁性基板の上のレーザダイオードアレ
イに対して電気的コンタクトを設けるためには、特別な
構造を使用する必要がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、窒化物
レーザダイオードアレイの構造であって、複数の活性層
を含み且つ第１の結晶面を有している半導体膜と、第２
の結晶面を有し且つ前記半導体膜を支持し、前記熱伝導
性基板と前記複数の活性層との間の熱的な結合を強化す
る熱圧着結合によって前記半導体膜に取り付けられてい
る熱伝導性基板と、前記半導体膜と前記熱伝導性基板と
の間に設けられたメタル層と、前記レーザダイオードア
レイを電気的にバイアスする複数の電極と、を備えてい
ることを特徴とする。

【０００９】また、第２の本発明は、窒化物レーザダイ
オードアレイ構造の製造方法であって、第１の側の上に
取り付けられた絶縁性基板を有する半導体膜を準備する
ステップと、前記半導体膜の第２の側に支持基板を取り
付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の側から前
記絶縁性基板を除去するステップと、前記半導体膜の前
記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、前記
半導体膜の前記第１の側に熱伝導性基板を取り付けるス
テップと、前記半導体膜の前記第２の側から前記支持基
板を除去するステップと、を含むことを特徴とする。

【００１０】また、第３の本発明は、窒化物レーザダイ
オードアレイ構造の製造方法であって、第１の結晶面を
有し、第１の側に取り付けられた絶縁性基板と第２の側
に取り付けられた複数の電極とを有する半導体膜を準備
するステップと、前記半導体膜の前記第２の側に支持基
板を取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の
側から前記絶縁性基板を除去するステップと、前記半導
体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップ
と、前記半導体膜の前記第１の側に、第２の結晶面を有
する熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合
するように取り付けるステップと、前記半導体膜の前記
第２の側から前記支持基板を除去するステップと、を含
むことを特徴とする。

【００１１】また、第４の本発明は、窒化物レーザダイ
オードアレイ構造の製造方法であって、第１の側の上に
取り付けられた絶縁性基板を有する半導体膜を準備する
ステップと、前記半導体膜の第２の側に熱導電性基板を
取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の側か
ら前記絶縁性基板を除去するステップと、前記半導体膜
の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、
を含むことを特徴とする。

【００１２】また、第５の本発明は、窒化物レーザダイ
オードアレイ構造の製造方法であって、第１の結晶面を
有し、第１の側に取り付けられた絶縁性基板と第２の側
に取り付けられた複数の電極とを有する半導体膜を準備
するステップと、前記半導体膜の前記第１の側に、第２
の結晶面を有する熱伝導性基板を、前記第１及び第２の
結晶面が整合するように取り付けるステップと、前記半
導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するス
テップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層
を配置するステップと、を含むことを特徴とする。

【００１３】また、第６の本発明は、窒化物レーザダイ
オードアレイ構造の製造方法であって、第１の結晶面を
有し、第１の側に取り付けられた絶縁性基板と第２の側
に取り付けられた複数の電極とを有する半導体膜を準備
するステップと、前記半導体膜の前記第１の側に、第２
の結晶面を有する熱伝導性基板を、前記第１及び第２の
結晶面が整合するように取り付けるステップと、前記半
導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するス
テップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層
を配置するステップと、前記メタル層及び前記半導体膜
を２つの分離された部分に分けるトレンチを、前記メタ
ル層及び前記半導体膜を通ってエッチングするステップ
と、を含むことを特徴とする。

【００１４】レーザダイオードアレイ構造を成長させた
後に絶縁性基板を除去すれば、レーザダイオードアレイ
への電気的コンタクトの形成が簡略化されて、特別な構
造の使用が回避され、更に、優れたヒートシンクをレー
ザダイオードアレイに取り付けることが可能になる。レ
ーザダイオードアレイは、基板の除去の前後に、はんだ
付け、熱圧着結合、或いはその他の手段で、熱伝導性ウ
エハに取り付けられてもよい。絶縁性基板の除去後に熱
伝導性基板を取り付けるには、中間ステップとして支持
基板を取り付ける必要がある。絶縁性基板の除去前にレ
ーザダイオードアレイに熱伝導性ウエハを取り付けれ
ば、レーザダイオードアレイのレーザ活性層に近い側の
上で熱伝導性基板を位置決めすることができる。これに
より、絶縁性基板の除去後にレーザダイオードアレイを
熱伝導性基板に取り付ける場合に比べて、より効果的な
ヒートシンク効果を得ることができる。取り付けプロセ
ス中に窒化物レーザ膜を熱伝導性基板に適切に位置合わ
せすれば、劈開ミラー端面が形成され得る。エッチング
ではなく劈開によるミラー端面は、完全に並行且つ垂直
でスムースなミラー対を形成する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下で簡単に説明する図面は、一
定のスケールに従ってない。

【００１６】以下の詳細な説明において、説明される実
施形態の様々な特徴に関する数値範囲が示されるが、こ
れらの言及された範囲は、例としてのみ取り扱われるべ
きものであり、その特許請求の範囲の内容を制限するこ
とを意図しているものではない。加えて、実施形態の様
々な端面に適する材料として数多くの材料が挙げられて
いるが、これらの言及された材料は、例としてのみ取り
扱われるべきものであり、その特許請求の範囲の内容を
制限することを意図しているものではない。

【００１７】本発明に従ったある実施形態が、図１に示
されている。図１は、典型的にはＡｌ₂Ｏ₃絶縁性基板２
１５（図２を参照）の上に成長された４重スポットＩｎ
ＧａＡｌＮレーザダイオード構造１００を示している。
この構造１００は、ｎ−メタルコンタクト１２０を共有
しているレーザダイオード１４５及び１４６と、ｎ−メ
タルコンタクト１２５を共有しているレーザダイオード
１４７及び１４８とを示している。ｐ−メタルコンタク
ト１１０はレーザダイオード１４５に接続し、同様に、
ｐ−メタルコンタクト１３５、１３０、及び１１５は、
それぞれレーザダイオード１４６、１４７、及び１４８
に接続している。図１に示される隣接するレーザダイオ
ード間の横方向の間隔は、約２５μｍである。例えば、
レーザダイオード１４５と１４６との間の間隔は、約２
５μｍである。レーザダイオード１４５、１４６、１４
７、及び１４８の長さは、典型的には約５００μｍであ
る。分離絶縁層１４０は、誘電体材料、典型的には酸化
窒化シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、或いは
ポリイミドから形成されている。ｐ−メタルコンタクト
１３５及び１３０における切れ込み（ノッチ；ｎｏｔｃ
ｈ）１５０及び１５５はそれぞれ、高反射性誘電体コー
ティング、例えばＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂を引き続いて蒸着す
るための開放空間（オープンスペース）を提供する。

【００１８】図２は、４重スポットＩｎＧａＡｌＮレー
ザダイオード構造１００の断面図を示す。ｐ−ＧａＮキ
ャップ層２２０が、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２５の
上に位置している。活性層２３０は、多重量子井戸構造
を有するＩｎＧａＮ層であって、ｎ−ＡｌＧａＮクラッ
ド層２３５の上に位置している。層２１０はｎ−ＧａＮ
であって、典型的にはＡｌ₂Ｏ₃の絶縁性基板であるサフ
ァイア基板２１５の上に位置している。

【００１９】図３は、典型的にはＡｌ₂Ｏ₃サファイア基
板２１５（図２を参照）の上に成長された、他の４重ス
ポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオード構造３００を示
している。４重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオー
ド構造３００は、図１に示した４重スポットＩｎＧａＡ
ｌＮレーザダイオード構造１００に類似しているが、レ
ーザダイオード１４５、１４６、１４７、及び１４８に
対して個別のｎ−メタルコンタクト３１０、３１５、３
２０、及び３２５がそれぞれ設けられている点で異なっ
ている。各デバイスに対して個別のｎ−メタルコンタク
ト及びｐ−メタルコンタクトを設ければ、電気的及び熱
的なクロストークが最小化される。クロストークを更に
減少するためには、非常に深い分離溝３４０（図３を参
照）をエッチングで形成して、レーザダイオード１４５
をレーザダイオード１４６から、レーザダイオード１４
６をレーザダイオード１４７から、及びレーザダイオー
ド１４７をレーザダイオード１４８から、それぞれ分離
すればよい。分離溝３４０は、サファイア基板２１５に
まで達していてもよい（図２を参照）が、最低限でも活
性層２３０の下まで到達しているべきである。これによ
り、活性層２３０の内部の注入キャリアの拡散によって
生じる光学的クロストーク及び電気的クロストークが取
り除かれる。

【００２０】本発明に従ったある実施形態が、図４に示
されている。４重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオ
ード構造４００は、サファイア基板２１５の上に成長さ
れている。レーザダイオード１４５及び１４８は、それ
ぞれｎ−メタルコンタクト４１０、４３５及びｐ−メタ
ルコンタクト４１５、４３０を有し、これらは、レーザ
ダイオード１４６及び１４７からより明確に分離される
ように、ある角度で位置合わせされている。この角度
は、結果として得られる分離によって電気的、及び特に
熱的なクロストークが更に低減されるように選択され
る。レーザダイオード１４５は、ｎ−メタルコンタクト
４１０及びｐ−メタルコンタクト４１５を使用して電気
的コンタクトを得ており、レーザダイオード１４８は、
ｎ−メタルコンタクト４３５及びｐ−メタルコンタクト
４３０を使用して電気的コンタクトを得ている。レーザ
ダイオード１４６は、ｐ−メタルコンタクト４２０及び
ｎ−メタルコンタクト４４０を使用して電気的コンタク
トを得ている。ｎ−メタルコンタクト４４０はレーザダ
イオード１４７と共有されており、このレーザダイオー
ド１４７は、別個のｐ−メタルコンタクト４２５を有し
ている。ｎ−メタルコンタクト４４０を２つの別個のコ
ンタクトに分割して、レーザダイオード１４６及び１４
７に対して別個のｎ−メタルコンタクトを提供し、電気
的及び熱的なクロストークを更に低減することもでき
る。

【００２１】図５は、チャネル構造５９５の一方の側に
４重スポットレーザダイオード１００を配置し、チャネ
ル構造５９５の他方の側に対応する鏡像のレーザダイオ
ード構造５００を配置することによって得られる、デュ
アル４重スポットレーザダイオード構造５０１を示して
いる。構造５００は、ｎ−メタルコンタクト５２０を共
有しているレーザダイオード５４５及び５４６と、ｎ−
メタルコンタクト５２５を共有しているレーザダイオー
ド５４７及び５４８とを示している。ｐ−メタルコンタ
クト５１０はレーザダイオード５４５に接続し、同様
に、ｐ−メタルコンタクト５３５、５３０、及び５１５
は、それぞれレーザダイオード５４６、５４７、及び５
４８に接続している。図５に示される隣接するレーザダ
イオード間の横方向の間隔は、約２５μｍである。例え
ば、レーザダイオード５４５と５４６との間の間隔は、
約２５μｍである。レーザダイオード５４５、５４６、
５４７、及び５４８の長さは、典型的には約５００μｍ
である。構造１００は、図１及び図２を参照して先に説
明されている。

【００２２】図６は、レーザダイオード１４７及び５４
７とチャネル構造５９５とに沿ったデュアル４重スポッ
トレーザダイオード構造５０１の断面を示している。チ
ャネル構造５９５は、レーザダイオード１４５、１４
６、１４７、１４８、５４５、５４６、５４７、及び５
４８からの光を垂直方向に出力結合させるための傾斜ミ
ラー５７５（図６を参照）を含んでいる。アルミニウム
でコーティングされたミラー５７５は、例えば化学的に
アシストされたイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）
を使用してドライエッチングされ、その傾斜角度は、エ
ッチングパラメータを変更することによって調節させる
ことができる。図６におけるミラー５７５の端面の適切
な傾斜角度は、４５度である。図５及び図６に示された
構造によって、近接して間隔を隔てて配置されたデュア
ル４重スポットレーザダイオード構造が達成される。レ
ーザダイオード１４５と１４６との間或いは５４５と５
４６との間のような隣接するレーザダイオードの間の間
隔は、典型的には２５μｍである。

【００２３】図７は、有機金属化学的気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）によってサファイア基板２１５の上に成長され
たＩｎＧａＡｌＮヘテロ構造ウエハ６００を示してい
る。サファイア基板２１５は、典型的にはＡｌ₂Ｏ₃であ
り、その厚さは、典型的には１００μｍ〜４００μｍの
オーダの範囲にある。ＧａＮ：Ｍｇキャップ層６１０は
厚さ０．１μｍであり、Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎ：Ｍｇクラ
ッド層６２０に隣接している。Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎ：Ｍ
ｇクラッド層６２０の典型的な厚さは、０．５〜１．０
μｍの範囲である。ｐ型導電型を生成するためにＭｇが
添加されていることに留意されたい。同じく厚さ０．１
μｍである第２のＧａＮ：Ｍｇクラッド層６３０がクラ
ッド層６２０の下に位置しており、ｐ−ドープ導波路と
して機能する。Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ：Ｍｇクラッド層６４
０は典型的には厚さ２０ｎｍであり、トンネル障壁を生
成して、注入された電子の漏れを妨げるように機能す
る。ＧａＮ：Ｓｉ層６５０は、活性層２３０に対するｎ
−ドープ導波路として機能する。ｎ型導電型を生成する
ためにＳｉが添加されていることに留意されたい。Ａｌ
_0.08Ｇａ_0.92Ｎ：Ｓｉクラッド層６６０は、典型的には
厚さ０．５〜１．５μｍである。Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ：
Ｓｉ層６６５は、典型的には厚さ５０ｎｍであり、欠陥
低減層として機能する。

【００２４】典型的な厚さが４μｍであるＧａＮ：Ｓｉ
層２１０がサファイア基板２１５の上に位置しており、
その後に行われる堆積のための良質な材料を確立すると
共に、横方向のコンタクト層を提供するように機能す
る。ひとたび構造６００がＭＯＣＶＤによって成長され
ると、（Ａｌ）ＧａＮ：Ｍｇ層６１０、６２０、６３
０、及び６４０におけるＭｇのｐ−ドーピングの活性化
が行われる。ドーパントの活性化は、Ｎ₂雰囲気中にお
ける８５０℃で５分間の急速熱アニールによって達成さ
れる。

【００２５】図８〜図１２は、本発明に従った４重スポ
ットリッジ導波路レーザダイオード構造に対する主要な
製造ステップを示す。層６４０及び６６５が図８〜図１
２では示されていない点に留意されたい。図８は、ｐ−
メタルの堆積後のウエハ６００を示している。ｐ−メタ
ル層７１０は典型的にはニッケル−金（Ｎｉ−Ａｕ）で
あって、熱蒸着とＮ₂雰囲気中での急速熱アニールとを
使用して堆積される。Ａｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物
の中でのＣＡＩＢＥ或いは反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）を使用したドライエッチングが行われて、図９に
示すメサ構造がエッチングされる。ミラー（図示され
ず）も、ＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥプロセスを使用してド
ライエッチングされる。図１０は、ＣＡＩＢＥ或いはＲ
ＩＥを使用したＡｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中で
のリッジ導波路７０７及びトレンチ７１１のエッチング
後のウエハ６００を示している。図１１は、熱蒸着とＮ
₂雰囲気中での急速熱アニールとを使用した、典型的に
はチタン−アルミニウム（Ｔｉ−Ａｌ）であるｎ−メタ
ル７２０の堆積の結果を示している。

【００２６】次に、誘電体分離の堆積が、プラズマ強化
化学的気相成長法（ＰＥＣＶＤ）を使用して、誘電体と
して例えば酸化窒化シリコン、酸化シリコン、或いは窒
化シリコンを使用して、行われる。誘電体としては、ポ
リイミドも使用されることができる。誘電体分離層７５
５に、ＣＦ₄／Ｏ₂雰囲気中での高周波（ＲＦ）プラズマ
エッチングを使用してコンタクト窓が開けられ、その後
に、熱蒸着を使用してチタン／金のｐ−メタルコンタク
トパッドが堆積される。図１２は、ｐ−メタルコンタク
トパッド７３０及びｎ−メタルコンタクトパッド７２０
の堆積後のウエハ６００を示している。その後に、基板
２１５が機械的研磨によって薄くされて、ウエハ６００
を劈開してレーザダイオードを個々のデバイスにするた
めの準備を行う。最終ステップでは、レーザダイオード
のミラー（図示せず）の正面側及び裏側に電子ビーム蒸
着を使用してＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂高反射率コーティングを
蒸着して、レーザ閾値電流を低減すると共にミラー表面
を保護する。

【００２７】図１３は、本発明に従った、ＧａＮ／Ａｌ
ＧａＮを使用してサファイア基板２１５の上に形成され
た４重スポットレーザダイオード構造８００のある実施
形態を示している。４重スポットレーザダイオード構造
８００は、ｎ−ＧａＮ埋込層８８５からｐ−ＧａＮ或い
はＡｌＧａＮブロック層８９０によって分離されたｎ−
ＧａＮ埋込層２１０を使用して、埋込電流チャネル８５
０及び８５５を形成している。埋込電流チャネル８５０
及び８５５は、それぞれｎ−メタルコンタクト８１５及
び８２０から伸びて、レーザダイオード８３０及び８３
６にコンタクトしている。埋込電流チャネル８７０及び
８７５は、それぞれｎ−メタルコンタクト８１０及び８
２５から伸びて、ｐ−ＧａＮ或いはＡｌＧａＮブロック
層８９０とサファイア基板２１５とに挟まれたｎ−Ｇａ
Ｎ埋込層８８５を使用して、レーザダイオード８３２及
び８３４にそれぞれコンタクトしている。典型的には、
サファイア基板２１５はＡｌ₂Ｏ₃で形成されている。レ
ーザダイオード８３０及び８３２、８３２及び８３４、
並びに８３４及び８３６のレーザダイオード対は、それ
ぞれ溝８３１、８３３、及び８３５によって、光学的且
つ電気的にお互いに分離されている。溝８３３は最下層
のＧａＮ層８８５を通ってエッチングされているが、溝
８３１及び８３５はｐ−ＧａＮ層８９０のみを通ってエ
ッチングされており、それぞれ電流が内側のレーザダイ
オード８３２及び８３４へ流れるようにしている。Ｇａ
Ｎ或いはＡｌＧａＮ層８９０は、所望であれば絶縁層を
形成してもよい。

【００２８】ｐ−メタルコンタクトパッド８１６は、先
に図１〜図６に示されたように、多くの異なった様式で
配置されることができる。図１３では、個々が独立して
アドレス可能なｐ−メタルコンタクトパッド８１６は、
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２５に形成された分離層
（図示せず）の窓（図示せず）を通って、レーザダイオ
ード８３０、８３２、８３４、及び８３６に接続されて
いる。本発明に従った代替的な実施形態が、図１４に示
されている。図１４に示される４重スポットレーザダイ
オード構造８０１は共通ｐ−メタルコンタクト８１７を
有しており、この共通ｐ−メタルコンタクト８１７は、
溝８３１、８３３、及び８３５とｐ−ＧａＮコンタクト
層８１８を囲む領域と（図１３を参照）をポリイミドの
ような絶縁体で埋めることによって、形成されている。
個々のレーザダイオード８３０、８３２、８３４、及び
８３６のアドレス可能性は、ｎ−メタルコンタクト８１
５、８１０、８２５、及び８２０によって、それぞれ確
保されている。共通ｐ−メタルコンタクト構造は、４つ
よりも多くの近接して間隔を隔てて設けられたレーザダ
イオードに拡張されることができるが、そのためには、
図１４に示されたレーザダイオード構造８０１に対して
レーザダイオード構造が２つ付加される毎に、１対のｎ
−及びｐ−ＧａＮ層を追加すればよい。

【００２９】幾つかのレーザダイオードドライバ回路に
おいては、４重スポットレーザダイオード構造８０１に
対して共通ｎ−メタルコンタクト構造を設ける方が便利
である。これは、４重スポットレーザダイオード構造８
０１における全ての層の極性を逆転することによって
（図１５を参照）、容易に達成される。これにより、電
流チャネル８５０、８５５、８７０、及び８７５がｐ型
チャネルになる。しかし、この配置は、現在のところは
窒化物レーザにとって望ましいものではない。なぜな
ら、ｐ型ＧａＮにおけるキャリア移動度と達成可能なド
ーピングレベルとが、ｎ型ＧａＮに比べて著しく低いか
らである。

【００３０】本発明のある実施形態において、図１５
は、サファイア基板２１５の上に有機金属化学的気相成
長法（ＭＯＣＶＤ）によって成長されたＩｎＧａＡｌＮ
ヘテロ構造ウエハ９００を示している。ウエハ９００の
層構造は、典型的には厚さが数１００ｎｍのｐ−（Ａ
ｌ）ＧａＮ：Ｍｇ分離層８９０と典型的には厚さが少な
くとも１〜２μｍの第２のｎ−ＧａＮ：Ｓｉ層８８５と
が付加されている以外は、図７のウエハ６００と同じで
ある。分離層８９０は、ＧａＮ層８８５をＧａＮ層２１
０から電気的に分離することを目的としているので、絶
縁体として成長させることもできる。ｎ−ＧａＮ層８８
５及びｐ−ＧａＮ分離層８９０の成長に引き続いて、ウ
エハ９００が成長反応炉から取り出され、レーザダイオ
ード８３２及び８３４（図１３を参照）が位置すること
になる領域から分離層８９０が選択的に除去される。分
離層８９０の選択的な除去の後に、エッチングされたウ
エハ９００は成長反応炉に戻されて、ＧａＮ：Ｓｉ層２
１０、並びに図７及び図１５に示すような引き続く層の
成長が行われる。この実施形態では、ＧａＮ：Ｓｉ層２
１０及び８８５は、電子濃度を１０¹⁸／ｃｍ³オーダに
して高導電度を達成するようにドーピングされる。個々
のレーザダイオード８３０、８３２、８３４、及び８３
６は、上述され且つ図８〜図１２に示されるものと同様
に、エッチングされる。

【００３１】ｎ−メタルコンタクト８１０、８１５、８
２０、及び８２５（図１３及び図１４を参照）は、より
上部の層を選択的に除去することによって形成される。
具体的には、ｎ−メタルコンタクト８１５及び８２０を
形成するためには、ｎ−ＧａＮ層２１０までの全ての層
を選択的に除去する必要があり、ｎ−メタルコンタクト
８１０及び８２５を形成するためには、ｎ−ＧａＮ層８
８５までの全ての層を選択的に除去する必要がある。ｎ
−メタルコンタクト８１０、８１５、８２０、及び８２
５の堆積は、ウエハ９００をマスクしてコンタクトメタ
ライゼーション及びリフトオフパターニングを行うこと
によって行われる。ｎ−メタルコンタクト８１０、８１
５、８２０、及び８２５は、典型的にはＴｉ−Ａｌであ
り、ｐ−メタルコンタクトパッド８１６或いはパッド８
１７は、典型的にはＮｉ−Ａｕである。

【００３２】サファイア基板２１５の除去は、窒化物レ
ーザダイオードにとって有用である。なぜなら、基板２
１５を除去することで、縦型の電気的コンタクト構造、
より良好なヒートシンク効果、及び劈開されたミラー端
面の実現を含む効果が得られるからである。

【００３３】図１６は、サファイア基板２１５の上に成
長された２重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオード
構造１０００の層構造の、サファイア基板２１５の除去
前の状態を示す。この層構造は、図７に示された層構造
に類似している。酸化窒化シリコン、二酸化シリコン、
或いは窒化シリコンであり得る分離体１０１６は、多重
量子井戸活性層２３０をお互いに分離すると共に、これ
らの活性層を図１６に示される他の層から電気的に分離
する。２つのｐ−コンタクト１０２０は、２重スポット
レーザダイオード構造１０００を形成する２つのレーザ
ダイオードへの個別の電気的コンタクトを提供する。端
面の劈開を可能にするために、活性層２３０の中のレー
ザ共振器は、ＧａＮ層２１０、６６５、６６０、６５
０、６４０、６３０、６２０、６１０及び活性層２３０
の結晶面に垂直な方向に向けられる必要がある。２重ス
ポットレーザダイオード構造１０００のためのプロセス
は、先に述べたレーザダイオード構造６００のためのプ
ロセスに非常に類似している。

【００３４】図１７〜図２２は、本発明のある実施形態
に従って、レーザリフトオフによりサファイア基板２１
５を除去し、支持基板１１０５を使用して半導体膜（メ
ンブレム）１１１０を熱伝導性基板１１３８へ結合する
ステップを、模式的に示している。本発明のある実施形
態に従えば、半導体膜１１１０は、典型的にはＩｎＧａ
ＡｌＮ型の膜からできている。はじめに、サファイア基
板２１５の裏面１１１５を、非常にスムースな表面仕上
げになるまで研磨して、裏面１１１５からの光の散乱を
最小化する。研磨は、一連のダイアモンドパッドを使用
して、機械的に達成される。研磨プロセスの間に、ダイ
アモンドグリッドのサイズは、約３０μｍのグリッドサ
イズから０．１μｍのグリッドサイズまで次第に減少す
る。研磨後の典型的な二乗平均（ｒｍｓ）粗さは、約２
０〜５０オングストロームである。

【００３５】図１７では、２重スポットレーザダイオー
ド構造１０００をワックス或いはエポキシ層１１０６を
使用して支持基板１１０５に搭載して、サファイア基板
２１５を除去してから基板１１３８を半導体膜１１１０
に結合するまでの半導体膜１１１０に対する支持体を得
る。図１８では、サファイア基板２１５及び半導体膜１
１１０を紫外エキシマレーザ光１１２０に露光する。エ
キシマレーザ（図示せず）の適切な調節で、サファイア
基板２１５と半導体膜１１１０との間の界面に、薄いＧ
ａＮ層１１３０を堆積させることができる。ＧａＮ層１
１３０は、ＧａメタルとＮ₂とに分解する。３０８ｎｍ
で動作するＸｅＣｌエキシマレーザについては、均質化
器（ホモジェナイザ；ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）を通過
後のビームサイズ４ｍｍ×４ｍｍのレーザエネルギー
は、約６００〜７５０ｍＪ／ｃｍ²の範囲であるべきで
ある。均質化器は、ガウス状レーザビームを平坦な台地
状レーザビームに変換して、ビームの均一性を改善す
る。レーザビームで領域表面をスキャンすることによっ
て、より大きい領域を露光させることができる。エキシ
マレーザは、典型的には５〜１０Ｈｚでパルス駆動さ
れ、典型的には１つのパルスで、ＧａＮ層１１３０の分
解を十分に達成できる。研磨された裏面１１１５によっ
て、ＧａＮ層１１３０が均一にエキシマレーザに露光さ
れる。

【００３６】図１９では、２重スポットレーザダイオー
ド構造１０００をＧａメタルの融点である約３０℃まで
加熱することによって、サファイア基板２１５をその界
面で半導体膜１１１０から分離する。界面の半導体膜１
１１０の上に存在する残存Ｇａメタル層は、蒸留水と等
量の塩酸（ＨＣｌ）液によって除去される。半導体膜１
１１０の上の界面における約０．５〜１μｍのダメージ
膜は、Ａｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中でのドライ
エッチングによって除去される。典型的には、ＣＡＩＢ
Ｅ或いはＲＩＥがドライエッチングのために使用され
る。低エネルギー（約４００ｅＶよりも低い）Ａｒイオ
ンスパッタリングがドライエッチング後に行われて、ド
ライエッチングによって生じた表面ダメージを低減す
る。

【００３７】図２０では、熱蒸着によるｎ−メタル層１
１１７、典型的にはチタン／アルミニウムを堆積する。
ワックス或いはエポキシ層１１０６を使用するとｎ−メ
タル層１１１７がアロイ化しないが、これは、ワックス
或いはエポキシの融点が、ｎ−メタル層１１１７のアロ
イ化温度である約５００℃よりも、典型的には十分に低
いからである。

【００３８】図２１を参照すると、典型的にはチタン／
金からなるメタルコンタクト層１１２１が、典型的には
シリコン、シリコンカーバイド、或いはダイアモンドで
ある基板１１３８の上に、熱蒸着或いは電子ビーム（ｅ
−ビーム）蒸着によって堆積される。シリコンは、電気
的及び熱的に伝導性（室温で約１．５Ｗ／ｃｍＫ及び１
００℃で約０．９７Ｗ／ｃｍＫ）の経済的な基板材料で
あり、ミラーの劈開及びシリコンドライバチップのレー
ザダイオードへの集積を可能にする。シリコンカーバイ
ドは高価な基板材料であって、電気的及び熱的に伝導性
（室温で約５Ｗ／ｃｍＫ及び１００℃で約３．２Ｗ／ｃ
ｍＫ）であり、ミラーの劈開を可能にする。ダイアモン
ドは非常に高価な基板材料であって、最も良く知られた
熱伝導体（室温で約２０Ｗ／ｃｍＫ及び１００℃で約１
５．５Ｗ／ｃｍＫ）であり、メタライズされて導電性に
されることができ、且つミラーの劈開を可能にする。

【００３９】他の可能な基板材料は銅であり、これは非
常に経済的で、また良好な熱伝導体である（約４Ｗ／ｃ
ｍＫ）。銅基板材料ではミラーの劈開は不可能であり、
ミラーはエッチングされる必要がある。

【００４０】典型的にはＩｎ或いはＰｂＳｎであるはん
だ層１１４１が堆積されて、基板１１３８を半導体膜１
１１０に結合させる。はんだ層１１４１は、典型的に
は、基板１１３８への付着を更に良好にするためにＴｉ
／Ａｕ層を有することができ、はんだ層１１４１の露出
表面の酸化を防ぐために、結合に先立って薄いＡｕ膜が
形成されてもよい。メタルは、熱蒸着或いは電子ビーム
（ｅ−ビーム）蒸着によって、典型的な膜厚１〜２μｍ
に堆積される。

【００４１】図２１に示されるフリップチップ結合に先
立って、半導体膜１１１０の垂直結晶面にシリコン、シ
リコンカーバイド、或いはダイアモンドの適切な結晶面
を整合させて、劈開を可能にする必要がある。図２３
は、本発明のある実施形態に従った、劈開前の半導体膜
１１１０及び基板１１３８の関連する結晶面の望ましい
配置を示している。デバイスは、半導体膜１１１０の
｛１−１００｝面及び基板１１３８の｛１１１｝面に沿
って劈開される。図２４は、劈開後の半導体膜１１１０
及び基板１１３８の関連する結晶面を示している。劈開
された端面１２９５も、示されている。図２５は、本発
明のある実施形態に従って、劈開前の半導体膜１１１０
及びシリコン基板１１３８の関連する結晶面の望ましい
配置を示している。図２５において、シリコン基板１１
３８の｛１−１１｝結晶面は、半導体膜１１１０の｛１
−１００｝結晶面に並行である。この方向（オリエンテ
ーション；ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）により、劈開後の
半導体膜１１１０及び基板１１３８の関連する結晶面を
示す図２６に示されるように、シリコン基板１１３８の
容易な劈開が可能になる。

【００４２】半導体膜１１１０及びシリコン基板１１３
８の関連する結晶面を適切に配置した後に、半導体膜１
１１０が基板１１３８に結合される。本発明のある実施
形態に従えば、はんだ層１１４１が結合のために使用さ
れる。はんだ層１１４１の組成に依存して、はんだ層１
１４１と基板１１３８とが適切な結合温度まで、酸化物
の形成を避けるためにフォーミングガス雰囲気中で加熱
される。はんだ層１１４１としてＩｎが使用されるとき
には、約１８０℃の結合温度が典型的に使用される。は
んだ層１１４１の露出表面の上にＰｄ或いはＡｕ膜が堆
積されていなければ、加熱に先立ってフラックス或いは
塩酸液を使用して、はんだ層１１４１の露出表面の上に
存在している酸化物を除去してもよい。酸化物除去のた
めの他の既知の技術も、使用することができる。はんだ
層１１４１としてＰｂＳｎを使用するときには、約２２
０℃の結合温度が典型的に使用される。はんだ層１１４
１の露出表面の上にＡｕ膜が堆積されていなければ、先
述のように結合に先立って酸化物が除去されてもよい。

【００４３】本発明のある実施形態に従えば、半導体膜
１１１０を基板１１３８に結合させるために、Ａｕ−Ａ
ｕ熱圧着結合を使用することもできる。Ａｕ−Ａｕ熱圧
着結合は、半導体膜１１１０と基板１１３８との間に、
より良好な熱的コンタクトを形成する。注意すべき点
は、Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合を使用して基板１１３８を半
導体膜１１１０に結合させるときには、はんだ層１１４
１が存在しないことである。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合にお
ける典型的な結合温度は、約３５０℃である。

【００４４】結合された構造１１７６（図２２を参照）
は、結合負荷が印加された状態で約２０℃まで冷却され
る。例えば、Ｉｎ或いはＰｂＳｎはんだと共に使用され
る結合負荷は、結合面積が２５ｍｍ²であるときには約
０．２ｋｇ（約２００ｇ）である。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結
合が使用されるときには、結合負荷は典型的には約１．
５ｋｇ／ｍｍ²（約１５００ｇ／ｍｍ²）である。図２２
では、アセトン或いは他の適切な溶媒にワックス或いは
エポキシ層１１０６（図２１を参照）を溶かすことによ
って、支持基板１１０５を除去している。

【００４５】レーザダイオード端面１２９５（図２４及
び図２６を参照）の劈開は、シリコン、シリコンカーバ
イド、或いはダイアモンドの基板１１３８の端から劈開
を半導体膜１１１０の中に進行させることによって達成
される。或いは、レーザダイオード端面１２９５は、Ａ
ｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中で、ＣＡＩＢＥを使
用してドライエッチングされてもよい。レーザダイオー
ド端面１２９５は、電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着を使
用してＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂高反射率コーティングを堆積す
ることによって、反射性にされる。

【００４６】図２７に示す本発明のある実施形態では、
サファイア基板２１５（図１６を参照）が除去された４
重スポットレーザダイオード構造１０００のレーザアレ
イ１３５０が、典型的にはシリコンをベースにしたドラ
イバチップである電子ドライバチップ１３１０の上に集
積されている。具体的には、図２７は、レーザアレイ１
３５０及び電界効果トランジスタ１３２０の断面図を示
している。電界効果トランジスタ１３２０は、レーザダ
イオード構造１０００への電流をスイッチングするため
に使用される。サファイア基板２１５（図１９を参照）
の除去後に、半導体膜１１１０は、典型的にははんだに
よって、先述のようにドライバチップ１３１０に取り付
けられる。取り付けに先立って、電子ドライバチップ１
３１０の上には、既知の集積回路プロセス方法を使用し
てドライバ回路１３２５（図２８を参照）が形成され
る。レーザアレイ１３５０をドライバ回路１３２５の近
くに配置することで、レーザダイオード１０００の高速
変調が可能になって、多くのレーザチャネルが収納され
る。これより、本実施形態は、マルチビームレーザアレ
イ１３５０が使用されるプリンタ用途にて有用であり、
並列光通信の分野にも同様に適用可能である。

【００４７】図２９〜図３４は、本発明に従って、共通
ｐ−コンタクト１４２２を使用して半導体膜１１１０を
基板１１３８に結合させ、それに引き続いて、サファイ
ア基板２１５をレーザリフトオフを使用して除去して２
重スポットレーザ構造１４００（図３４を参照）を形成
するステップを、模式的に示している。基板１１３８
を、半導体膜１１１０のサファイア基板２１５が取り付
けられているのとは反対側へ結合させれば、優れたヒー
トシンク効果が得られる。これは、熱伝導性基板１１３
８が活性層２３０（図１６を参照）から僅か１μｍしか
離れていないためであり、図１７〜図２２に示される方
法及び構造においては、両者は４〜１４μｍ離れてい
る。

【００４８】先述のように、サファイア基板２１５を非
常にスムースな表面仕上げになるまで研磨して、散乱光
を最小限にする。共通ｐ−コンタクト１４２２が基板１
１３８の上に蒸着され、その後に窒素雰囲気中で急速熱
アニールが行われる。図２９は、基板１１３８の上の共
通ｐ−コンタクト１４２２を示す。典型的には、ｐ−コ
ンタクト１４２２はＴｉ／Ａｕである。

【００４９】はんだ層１１４１、例えばＩｎ或いはＰｂ
Ｓｎが堆積されて、基板１１３８を半導体膜１１１０に
結合させる。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合を使用して基板１１
３８を半導体膜１１１０に結合させるときには、はんだ
層１１４１は使用されない。はんだ層１１４１は、典型
的には、基板１１３８への付着を更に良好にするために
Ｔｉ／Ａｕ膜を有することができて、この結果として、
はんだ層１１４１はＴｉ／Ａｕ／Ｉｎ或いはＴｉ／Ａｕ
／ＰｂＳｎとなる。酸化を防ぐために、結合に先立って
薄いＡｕ膜をはんだ層１１４１の露出表面に形成しても
よい。メタルは、熱蒸着或いは電子ビーム（ｅ−ビー
ム）蒸着によって、典型的な膜厚１〜２μｍに堆積され
る。

【００５０】先述のように、半導体膜１１１０及びシリ
コン基板１１３８の関連する結晶面を適切に配置した後
に、半導体膜１１１０が基板１１３８に結合される。基
板１１３８は、典型的にはシリコン、シリコンカーバイ
ド、或いはダイアモンドである。はんだ層１１４１の組
成に依存して、はんだ層１１４１と基板１１３８とが適
切な結合温度まで、酸化物の形成を避けるためにフォー
ミングガス雰囲気中で加熱される。はんだ層１１４１と
してＩｎが使用されるときには、約１８０℃の結合温度
が典型的に使用される。はんだ層１１４１の露出表面の
上にＰｄ或いはＡｕ膜が堆積されていなければ、加熱に
先立ってフラックス或いは塩酸液を使用して、はんだ層
１１４１の露出表面の上に存在している酸化物を除去し
てもよい。酸化物除去のための他の既知の技術も、使用
することができる。はんだ層１１４１としてＰｂＳｎを
使用するときには、約２２０℃の結合温度が典型的に使
用される。はんだ層１１４１の露出表面の上にＡｕ膜が
堆積されていなければ、先述のように結合に先立って酸
化物が除去されてもよい。本発明のある実施形態に従っ
て、はんだ層１１４０に代えてＡｕ−Ａｕ熱圧着結合を
使用するときには、典型的な結合温度は約３５０℃であ
る。

【００５１】結合されたレーザ構造１４１０（図３０を
参照）は、結合負荷が印加された状態で約２０℃まで冷
却される。例えば、Ｉｎ或いはＰｂＳｎはんだと共に使
用される結合負荷は、結合面積が２５ｍｍ²であるとき
には約０．２ｋｇ（約２００ｇ）である。Ａｕ−Ａｕ熱
圧着結合が使用されるときには、結合負荷は１．５ｋｇ
／ｍｍ²（１５００ｇ／ｍｍ²）である。結合の完了後
に、結合されたレーザ構造１４１０はエキシマレーザ光
１１２０に露光され、サファイア基板２１５と半導体膜
１１１０との間の界面で薄いＧａＮ層１１４１が分解さ
れてＧａメタルとＮ₂とを形成する。エキシマレーザの
動作条件は、図１８を参照して先に説明したものと同一
である。

【００５２】図３１は、結合されたレーザ構造１４１０
をＧａメタルの融点である約３０℃まで加熱することに
よる、サファイア基板２１５の半導体膜１１１０からの
リフトオフを示している。Ｇａメタルは、半導体膜１１
１０の表面から、塩酸（ＨＣｌ）液（ＨＣｌ：Ｈ₂Ｏ＝
１：１）を使用して除去される。半導体膜１１１０の上
の界面における約０．５〜１μｍのダメージ膜は、Ａｒ
／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中でのドライエッチング
によって除去される。典型的には、ＣＡＩＢＥ或いはＲ
ＩＥがドライエッチングのために使用される。低エネル
ギー（約４００ｅＶよりも低い）Ａｒイオンスパッタリ
ングがドライエッチング後に行われて、ドライエッチン
グによって生じた表面ダメージを低減する。

【００５３】サファイア基板２１５のリフトオフ後に、
裏面ミラー端面１４８２（図３４を参照）が、Ａｒ／Ｃ
ｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中でＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥ
を使用してドライエッチングされる。裏面ミラー端面１
４８２のエッチングにより、結合されたレーザ構造１４
１０がレーザ共振器長よりも長くなる。これは、短波長
レーザ共振器のために正面側及び裏面側の端面を両方と
も高い歩留まりで劈開することが困難であるときに、有
用である。レーザ構造１４１０の長さを増すことで熱抵
抗を低くすることもできるが、これは、レーザ共振器の
加熱を防ぐために効果的である。

【００５４】図３２は、堆積されたｎ−メタル層１４７
７を示している。ｎ−メタル層１４７７は典型的にはＴ
ｉ／Ａｌであり、半導体膜１１１０の上に熱蒸着によっ
て堆積される。はんだ層１１４１が例えばＩｎ、ＰｂＳ
ｎ、或いはＡｕＳｎであると、はんだ層１１４１の融点
はおよそ１６０〜３００℃の範囲であって、これは、ア
ロイ化温度が約５００℃であるｎ−メタル層１４７７の
アロイ化を防ぐ。ｎ−メタルコンタクト１４７７をアロ
イ化させるために、はんだ結合に代えてＡｕ−Ａｕ或い
はＰｄＩｎ₃結合を使用することもできる。ｎ−メタル
層１４７７は、４５０〜５００℃の範囲で約５分間の急
速熱アニールを使用してアロイ化される。アロイ化され
たｎ−メタル層１４７７は、アロイ化されていないｎ−
メタル層１４７７よりも接触抵抗が低い。アロイ化され
たｎ−メタル層１４７７を有するデバイスの動作電圧
は、典型的には、アロイ化されていないｎ−メタル層１
４７７を有するデバイスよりも１〜２Ｖ低い。引き続い
て、ｎ−コンタクトパッド１４７８（図３４を参照）、
典型的にはＴｉ／Ａｕが、ｎ−メタル層１４７７の上に
熱蒸着によって堆積される。ｎ−コンタクトパッド１４
７８のＡｕ表面は、ワイヤボンディングのための結合表
面として機能し、ｎ−コンタクトパッド１４７８のＴｉ
底面は、付着を改善するために使用される。

【００５５】図３３は、Ａｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合
物の中でＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥによるドライエッチン
グを使用した、ｎ−メタル層１４７７及び半導体膜１１
１０を２つの部分に分離するトレンチ１４３３の形成を
示す。正面ミラー端面１４８１は、基板１１３８の端か
ら図３４の線１４９８に沿って劈開を進行させることに
よって、劈開される。或いは、正面ミラー端面１４８１
は、Ａｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中でのＣＡＩＢ
Ｅ或いはＲＩＥによるドライエッチングを使用して形成
されることもできる。裏面ミラー端面１４８２は、基板
１１３８の端から図３４の線１４９９に沿って劈開を進
行させることによって、劈開される。裏面ミラー端面１
４８２を、Ａｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中でのＣ
ＡＩＢＥ或いはＲＩＥによるドライエッチングを使用し
て形成してもよい。引き続いて、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂高反
射率コーティングが、正面ミラー端面１４８１及び裏面
ミラー端面１４８２の上に電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸
着を使用して形成される。

【００５６】図３５〜図３９は、本発明に従って、共通
ｎ−コンタクトを使用して半導体膜１１１０を基板１１
３８に結合させ、サファイア基板２１５をレーザリフト
オフを使用して除去して２重スポットレーザ構造１５１
０（図３９を参照）を形成するステップを、模式的に示
している。典型的には、基板１１３８はシリコン、シリ
コンカーバイド、或いはダイアモンドである。これらの
何れによっても、サファイア基板２１５によって得られ
るヒートシンク効果よりも優れたヒートシンク効果が得
られる。サファイアの熱伝導率は、室温で僅かに約０．
４６Ｗ／ｃｍＫであり、１００℃では約０．３２Ｗ／ｃ
ｍＫまで低下する。前述のように、サファイア基板２１
５の裏面１１１５を非常にスムースな表面仕上げになる
まで研磨して、散乱光を最小限にする。

【００５７】図３５は、デバイスのパッケージングの前
に基板１１３８の裏面側に堆積された、典型的にはＴｉ
／Ａｕであるメタル結合層１５２２を示している。誘電
体分離層１５０９が、例えばＰＥＣＶＤを使用して、基
板１１３８の正面側に堆積される。誘電体分離層１５０
９は、典型的には酸化窒化シリコン、二酸化シリコン、
或いは窒化シリコン材料から形成されている。基板１１
３８がダイアモンド或いは半絶縁性ＳｉＣのような絶縁
性材料でできていれば、誘電体分離層１５０９は必要な
い。メタルコンタクトパッド１５３０は誘電体分離層１
５０９の上に堆積されるが、基板１１３８が絶縁性であ
れば、基板１１３８の上に堆積される。メタルコンタク
トパッド１５３０は、典型的には、熱蒸着或いは電子ビ
ーム（ｅ−ビーム）蒸着によって堆積されたＴｉ／Ａｕ
膜であって、Ｔｉ膜は厚さ３０ｎｍ（３００オングスト
ローム）、Ａｕ膜は厚さ１〜２μｍである。メタルコン
タクトパッド１５３０のパターニングにあたっては、半
導体膜１１１０の縦方向の結晶面が図３６に示すアセン
ブリ上の基板１１３８の適当な結晶面（図２３〜図２６
を参照）に並行になって、劈開が可能になるように注意
する必要がある。

【００５８】パターニングされたはんだ層１５４１がメ
タルコンタクトパッド１５３０の上に堆積されて、基板
１１３８を半導体膜１１１０に結合させる。Ａｕ−Ａｕ
熱圧着結合を使用して基板１１３８を半導体膜１１１０
に結合させるときには、はんだ層１５４１は使用されな
い。はんだ層１５４１は、典型的には、基板１１３８へ
の付着を更に良好にするためにＴｉ／Ａｕ膜を有するこ
とができて、この結果として、層１５４１はＴｉ／Ａｕ
／Ｉｎ或いはＴｉ／Ａｕ／ＰｂＳｎとなる。酸化を防ぐ
ために、結合に先立って薄いＡｕ膜をはんだ層１５４１
の露出表面に形成してもよい。メタルは、熱蒸着或いは
電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着によって、典型的な膜厚
１〜２μｍに堆積される。

【００５９】はんだ層１５４１の組成に依存して、はん
だ層１５４１と基板１１３８とが適切な結合温度まで、
酸化物の形成を避けるためにフォーミングガス雰囲気中
で加熱される。はんだ層１５４１としてＩｎが使用され
るときには、約１８０℃の結合温度が典型的に使用され
る。はんだ層１５４１の露出表面の上にＰｄ或いはＡｕ
膜が堆積されていなければ、加熱に先立ってフラックス
或いは塩酸液を使用して、はんだ層１５４１の露出表面
の上に存在している酸化物を除去してもよい。酸化物除
去のための他の既知の技術も、使用することができる。
はんだ層１５４１としてＰｂＳｎを使用するときには、
約２２０℃の結合温度が典型的に使用される。Ａｕ−Ａ
ｕ熱圧着結合を使用するときには、典型的な結合温度は
約３５０℃である。はんだ層１５４１の露出表面の上に
Ａｕ膜が堆積されていなければ、先述のように結合に先
立って酸化物を除去してもよい。

【００６０】結合されたレーザ構造１５１０（図３６を
参照）は、結合負荷が印加された状態で約２０℃まで冷
却される。例えば、Ｉｎ或いはＰｂＳｎはんだと共に使
用される結合負荷は、結合面積が２５ｍｍ²であるとき
には約０．２ｋｇ（約２００ｇ）である。Ａｕ−Ａｕ熱
圧着結合が使用されるときには、結合負荷は典型的には
約１．５ｋｇ／ｍｍ²（約１５００ｇ／ｍｍ²）である。
Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合は、はんだ結合よりも、非常に高
い結合負荷を必要とする。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合によれ
ば約３．１８Ｗ／ｃｍＫの優れた熱伝導率が得られるの
に対して、Ｉｎはんだ及びＰｂＳｎはんだでは、それぞ
れ約０．８７Ｗ／ｃｍＫ及び約０．４Ｗ／ｃｍＫの熱伝
導率しか得られない。結合の完了後に、レーザ構造１５
１０はエキシマレーザ光１１２０に露光され、サファイ
ア基板２１５と半導体膜１１１０との間の界面で薄いＧ
ａＮ層１１４１が分解されてＧａメタルとＮ₂とを形成
する。エキシマレーザの動作条件は、図１８を参照して
先に説明したものと同一である。

【００６１】図３７は、レーザ構造１５１０（図３６を
参照）をＧａメタルの融点である約３０℃まで加熱する
ことによる、サファイア基板２１５の半導体膜１１１０
からのリフトオフを示している。Ｇａメタルは、半導体
膜１１１０の表面から、塩酸（ＨＣｌ）液（ＨＣｌ：Ｈ
₂Ｏ＝１：１）を使用して除去される。半導体膜１１１
０の上の界面における約０．５〜１μｍのダメージ膜
は、Ａｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中でのドライエ
ッチングによって除去される。典型的には、ＣＡＩＢＥ
或いはＲＩＥがドライエッチングのために使用される。
低エネルギー（約４００ｅＶよりも低い）Ａｒイオンス
パッタリングがドライエッチング後に行われて、ドライ
エッチングによって生じた表面ダメージを低減する。

【００６２】サファイア基板２１５のリフトオフ後に、
裏面ミラー端面１５８２（図３９を参照）を、Ａｒ／Ｃ
ｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中でＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥ
を使用してドライエッチングしてもよい。裏面ミラー端
面１５８２のエッチングにより、２重スポットレーザ構
造１５１０がレーザ共振器長よりも長くなる。これは、
短波長レーザ共振器のために正面側及び裏面側の端面を
両方とも高い歩留まりで劈開することが困難であるとき
に、有用である。レーザ構造１５１０をレーザ共振長よ
りも長くすることで熱抵抗を低くすることもできるが、
これは、レーザ共振器の過熱を防ぐために効果的であ
る。

【００６３】図３８は、熱蒸着による半導体膜１１１０
の上へのｎ−メタル層１５７７の堆積を示している。ｎ
−メタル層１５７７は、典型的にはＴｉ／Ａｌである。
はんだ層１５４１がＩｎ、ＰｂＳｎ、或いはＡｕＳｎで
あると、はんだ層１５４１の融点はおよそ１６０〜３０
０℃の範囲であって、これは、アロイ化温度が約５００
℃であるｎ−メタル層１５７７のアロイ化を防ぐ。ｎ−
メタル層１５７７をアロイ化させるために、はんだ結合
に代えてＡｕ−Ａｕ或いはＰｄＩｎ₃結合を使用するこ
ともできる。ｎ−メタル層１５７７は、４５０〜５００
℃の範囲で約５分間の急速熱アニールを使用してアロイ
化される。前述のように、アロイ化されたｎ−メタル層
１５７７は、アロイ化されていないｎ−メタル層１５７
７よりも接触抵抗が低い。引き続いて、ｎ−コンタクト
パッド１５７８（図３９を参照）、典型的にはＴｉ／Ａ
ｕが、ｎ−メタル層１５７７の上に熱蒸着を使用して堆
積される。ｎ−コンタクトパッド１５７８のＡｕ表面
は、ワイヤボンディングのための結合表面として機能
し、ｎ−コンタクトパッド１５７８のＴｉ底面は、付着
を改善するために使用される。

【００６４】図３９は、個別の２重スポットレーザデバ
イスを形成するためのウエハの劈開に先立つ、２重スポ
ットレーザ構造１５１０の上面図を示す。正面ミラー端
面１５８１は、基板１１３８（図２３〜図２６及び図３
５を参照）の端から図３９の線１５９８に沿って劈開を
進行させることによって、劈開される。或いは、正面ミ
ラー端面１５８１は、Ａｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物
の中でのＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥによるドライエッチン
グを使用して形成されてもよい。裏面ミラー端面１５８
２は、基板１１３８（図２３〜図２６及び図３５を参
照）の端から図３９の線１５９９に沿って劈開を進行さ
せることによって、劈開される。或いは、裏面ミラー端
面１５８２は、Ａｒ／Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃ガス混合物の中で
のＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥによるドライエッチングを使
用して形成されてもよい。引き続いて、ＳｉＯ₂／Ｔｉ
Ｏ₂高反射率コーティングが、正面ミラー端面１５８１
及び裏面ミラー端面１５８２の上に電子ビーム（ｅ−ビ
ーム）蒸着を使用して形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従ったある実施形態における４重ス
ポットレーザダイオード構造のレイアウトの上面図であ
る。

【図２】図１の断面図である。

【図３】本発明に従ったある実施形態における４重ス
ポットレーザダイオード構造のレイアウトの上面図であ
る。

【図４】本発明に従ったある実施形態における４重ス
ポットレーザダイオード構造のレイアウトの上面図であ
る。

【図５】本発明に従ったある実施形態における４重ス
ポットレーザダイオード構造のレイアウトの上面図であ
る。

【図６】図５の断面図である。

【図７】本発明に従ったある実施形態における４重ス
ポットレーザダイオード構造の各層を示す断面図であ
る。

【図８】本発明に従ったある実施形態における４重ス
ポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断面
図である。

【図９】本発明に従ったある実施形態における４重ス
ポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断面
図である。

【図１０】本発明に従ったある実施形態における４重
スポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断
面図である。

【図１１】本発明に従ったある実施形態における４重
スポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断
面図である。

【図１２】本発明に従ったある実施形態における４重
スポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断
面図である。

【図１３】本発明に従ったある実施形態における４重
スポットレーザダイオード構造を示す断面図である。

【図１４】本発明に従ったある実施形態における４重
スポットレーザダイオード構造を示す断面図である。

【図１５】本発明に従ったある実施形態における４重
スポットレーザダイオード構造の各層を示す断面図であ
る。

【図１６】本発明に従ったある実施形態における２重
スポットレーザダイオード構造を示す断面図である。

【図１７】本発明に従ったある実施形態における、２
重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去
及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。

【図１８】本発明に従ったある実施形態における、２
重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去
及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。

【図１９】本発明に従ったある実施形態における、２
重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去
及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。

【図２０】本発明に従ったある実施形態における、２
重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去
及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。

【図２１】本発明に従ったある実施形態における、２
重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去
及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。

【図２２】本発明に従ったある実施形態における、２
重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去
及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。

【図２３】シリコン及びＩｎＧａＡｌＮ膜の結晶面を
示す図である。

【図２４】本発明に従ったある実施形態におけるＩｎ
ＧａＡｌＮ膜の劈開端面を示す図である。

【図２５】シリコン及びＩｎＧａＡｌＮ膜の結晶面を
示す図である。

【図２６】本発明に従ったある実施形態におけるＩｎ
ＧａＡｌＮ膜の劈開端面を示す図である。

【図２７】本発明に従ったある実施形態における、電
子ドライバチップ上への窒化物レーザアレイの集積を示
す断面図である。

【図２８】本発明に従ったある実施形態における、電
子ドライバチップ上に形成された回路を示す図である。

【図２９】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す断面図である。

【図３０】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す断面図である。

【図３１】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す図である。

【図３２】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す断面図である。

【図３３】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す断面図である。

【図３４】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す上面図である。

【図３５】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す断面図である。

【図３６】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す断面図である。

【図３７】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す断面図である。

【図３８】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す断面図である。

【図３９】本発明に従ったある実施形態における、共
通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造から
のサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステッ
プを示す断面図である。

【符号の説明】

１００レーザダイオード構造、１２０，１２５ｎ−
メタルコンタクト、１１０，１１５，１３０，１３５
ｐ−メタルコンタクト、１４５，１４６，１４７，１４
８レーザダイオード、１５０，１５５切れ込み（ノ
ッチ）、２１５サファイア基板、２３０活性層、１０
２０ｐ−コンタクト、１１０５支持基板、１１１０
半導体膜、１１３８基板、１１１７メタル層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号０９／２７７３２８ (32)優先日平成11年３月26日(1999．3．26) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (72)発明者デビッドピーボウアメリカ合衆国カリフォルニア州クパーチノベルエアコート 11092 (72)発明者ピンメイアメリカ合衆国カリフォルニア州パロアルトヴィルクウェイ 4276 アパートメントディー (72)発明者リンダティロマノアメリカ合衆国カリフォルニア州サニーベールウェストチェスタードライブ 1055

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化物レーザダイオードアレイの構造で
あって、複数の活性層を含み且つ第１の結晶面を有している半導
体膜と、第２の結晶面を有し且つ前記半導体膜を支持し、前記熱
伝導性基板と前記複数の活性層との間の熱的な結合を強
化する熱圧着結合によって前記半導体膜に取り付けられ
ている熱伝導性基板と、前記半導体膜と前記熱伝導性基板との間に設けられたメ
タル層と、前記レーザダイオードアレイを電気的にバイアスする複
数の電極と、を備えていることを特徴とする窒化物レーザダイオード
アレイの構造。
【請求項２】窒化物レーザダイオードアレイ構造の製
造方法であって、第１の側の上に取り付けられた絶縁性基板を有する半導
体膜を準備するステップと、前記半導体膜の第２の側に支持基板を取り付けるステッ
プと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去
するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置する
ステップと、前記半導体膜の前記第１の側に熱伝導性基板を取り付け
るステップと、前記半導体膜の前記第２の側から前記支持基板を除去す
るステップと、を含むことを特徴とする窒化物レーザダ
イオードアレイ構造の製造方法。
【請求項３】窒化物レーザダイオードアレイ構造の製
造方法であって、第１の結晶面を有し、第１の側に取り付けられた絶縁性
基板と第２の側に取り付けられた複数の電極とを有する
半導体膜を準備するステップと、前記半導体膜の前記第２の側に支持基板を取り付けるス
テップと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去
するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置する
ステップと、前記半導体膜の前記第１の側に、第２の結晶面を有する
熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合する
ように取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第２の側から前記支持基板を除去す
るステップと、を含むことを特徴とする窒化物レーザダ
イオードアレイ構造の製造方法。
【請求項４】窒化物レーザダイオードアレイ構造の製
造方法であって、第１の側の上に取り付けられた絶縁性基板を有する半導
体膜を準備するステップと、前記半導体膜の第２の側に熱導電性基板を取り付けるス
テップと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去
するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置する
ステップと、を含むことを特徴とする窒化物レーザダイ
オードアレイ構造の製造方法。
【請求項５】窒化物レーザダイオードアレイ構造の製
造方法であって、第１の結晶面を有し、第１の側に取り付けられた絶縁性
基板と第２の側に取り付けられた複数の電極とを有する
半導体膜を準備するステップと、前記半導体膜の前記第１の側に、第２の結晶面を有する
熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合する
ように取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去
するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置する
ステップと、を含むことを特徴とする窒化物レーザダイ
オードアレイ構造の製造方法。
【請求項６】窒化物レーザダイオードアレイ構造の製
造方法であって、第１の結晶面を有し、第１の側に取り付けられた絶縁性
基板と第２の側に取り付けられた複数の電極とを有する
半導体膜を準備するステップと、前記半導体膜の前記第１の側に、第２の結晶面を有する
熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合する
ように取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去
するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置する
ステップと、前記メタル層及び前記半導体膜を２つの分離された部分
に分けるトレンチを、前記メタル層及び前記半導体膜を
通ってエッチングするステップと、を含むことを特徴と
する窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法。