JP3722693B2 - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信や、光計測システム、あるいは光ディスクシステムなどの光情報処理に必要とされる半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものであり、特に複数のレーザチップを１つの容器に内蔵した半導体レーザ装置の製造に適した半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ装置は、光通信や光計測システム、光ディスク等に使用されている。特に、光ディスク分野の市場拡大が著しく、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤその他コンピュータ等のデータ保存用として様々な種類の光ディスクが用いられるようになってきている。これに伴い、半導体レーザの発振波長も赤外から、赤色、さらに将来的には青色と様々な種類のものが必要とされている。
【０００３】
これら多種類の光ディスクに対する信号の記録・再生を１つの光ディスクシステムで対応するには多種類の発振波長の半導体レーザ装置を１つの光ディスクシステムに収める必要がある。半導体レーザ装置はステムと呼ばれる台座に半導体レーザ素子を搭載し、一つの容器に収めたものである。多種類の発振波長を得られる半導体レーザ装置を実現するためには、２種類以上のレーザ共振器を作り込んだ半導体レーザ素子をステムに搭載したモノシリックタイプと呼ばれる半導体レーザ装置を用いるか、２つ以上の半導体レーザ素子をステムに近接して配置したハイブリッドタイプと呼ばれる半導体レーザ装置を用いる必要がある。
【０００４】
図７は従来の半導体レーザ装置を説明する図であり、半導体レーザ装置７０はステム７１と一体とされた放熱台７２に半導体レーザ素子７３が搭載されている。半導体レーザ素子７３およびモニター用受光素子７４は、それぞれ、金属ワイヤ７７、７７により互いに電気的に絶縁されたリードピン７８、７８に接続されている。もう１本のリードピン７８はステム７１に接続されており、半導体レーザ素子７３とモニター用受光素子７４の共通端子として用いられる。
【０００５】
半導体レーザ素子７３、金属ワイヤ７７等を機械的な衝撃等から保護するためにレーザ光を通すガラス窓７６を設けた金属製をキャップ７５をステム７１に溶着してある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８はハイブリッドタイプの半導体レーザ装置の主要部をレーザ光の出射側から見た図である。２つの半導体レーザ素子８０、８１が放熱台８２に並置されており、それぞれ金属ワイヤで（図示せず）互いに異なるリードピン（図示せず）に接続されている以外は図７の半導体レーザ装置７０と同じである。
【０００７】
ハイブリッドタイプの半導体レーザ装置は半導体レーザ素子の組合わせが自由であるという特徴を有している。光ディスクシステムではレーザ光の光軸を基準に光学系が組立てられるので光軸間の距離は小さい方が望ましく、更に光軸間の距離が個々の半導体レーザ装置で一定であることが望ましい。ところが、半導体レーザ装置８０、８１の光軸は半導体レーザ素子の発光点８０ａ、８１ａを通り紙面に垂直な方向に延在する図示しない導波路と略平行であるので、半導体レーザ素子の発光点８０ａ、８１ａの距離ｄｘが短く、半導体レーザ装置によって変わらないことが必要とされる。
【０００８】
光軸間の距離ｄｘが大きい場合、１つの種類の光ディスクの信号を検出できるように光学系を組立てると、他の種類の光ディスクからの信号を検出できなくなることがある。また、光軸間の距離が個々の半導体レーザ装置で変わると、個々の半導体レーザ装置毎に光学系の設計の変更や大幅な組立調整を行わなければ光ディスク上にレーザ光を正確に集光できない、信号を読み取ることができない等の問題が発生し、実際には使用することができなくなる。
【０００９】
ハイブリッドタイプの半導体レーザ装置で発光点間の距離ｄｘを短くするためには、例えば図８に示すように、半導体レーザ素子の発光点８０ａ、８１ａを半導体レーザ素子の一方の側面の方向に偏在させる必要がある。なぜなら、半導体レーザ素子の導波路の延伸する方向に垂直でダイボンド面８２ａに平行な方向である幅方向の寸法は、通常、２００μｍ〜３００μｍであるのに対し、２つの半導体レーザ素子の発光点間隔ｄｘとしては１００μｍ以下、精度は±１μｍ程度が必要とされており、発光点８０ａ、８１ａから近い側の側面までの距離は５０μｍ以下とすることが必要なためである。一方、半導体レーザ素子の発光点の側面からの距離が、例えば、５μｍ以下と小さくなりすぎると特性が悪くなるという問題がある。このため、発光点の位置は側面から５μｍ乃至５０μｍとなるようにしなければならない。
【００１０】
更に、ハイブリッドタイプの半導体レーザ装置では半導体レーザ素子の発光点が偏在しているので、ステムに搭載する方向を間違えると、例えば、半導体レーザ素子８０の発光点８０ａの位置を基準に、もう一方の半導体レーザ素子８１を放熱台８２に搭載しようとしたとき、半導体レーザ素子８０と８１の側面同士が衝突してしまい、搭載できないという問題も発生する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体基板の主面上に結晶層を設け、該結晶層内に導波路を有しており、更に、前記半導体レーザ素子の発光点を含み、端面と直交する面と前記電極面の交線上に発光点アライメントマークが設けられ、該発光点アライメントマークの前記半導体レーザ素子の幅方向における長さが２０μｍ以下であり、前記発光点アライメントマークと前記導波路の延伸する方向で同じ側に視認可能な方向指示マークが設けられている。
【００１２】
そうすることにより、ハイブリッドタイプの半導体レーザ装置を製造するとき、２つの半導体レーザ素子の側面同士が衝突するという問題を生じること無く半導体レーザ素子の発光点間隔を狭くすることが可能であり、。また、発光点と発光点アライメントマークとの幅方向の位置を所定の精度で一致させることができる。その結果、半導体レーザ素子の側面と発光点との距離の精度を高くすることができる。
【００１３】
また、本発明の半導体レーザ素子は前記方向指示マークの最も短い辺が２０μｍより長い多角形、または最も短い径が２０μｍより長い楕円としている。
【００１４】
そうすることにより、半導体レーザ素子の向きを目視で確認できるので、導波路の延伸する方向における向きを間違えることが無く、生産性を向上することができる。
【００１５】
更に、本発明の半導体レーザ素子は側面アライメントマークを有し、前記側面アライメントマークは前記半導体レーザ素子の側面からの距離が異なる部分を有している。
【００１６】
そうすることにより、発光点の、側面からの距離の精度を簡単に評価できるので生産性をより高くすることができる。
【００１７】
本発明の半導体レーザの製造方法は、１枚のウェハーに、フォトマスクを用いて複数の発光点アライメントマークおよび側面アライメントマークを有する半導体レーザ素子パターンを形成した後、個々の半導体レーザ素子に分割する工程を有し、更に、前記フォトマスクの発光点アライメントマークと前記発光点との幅方向における距離を所定の値範囲とする工程と、前記分割された半導体レーザ素子の良否を前記側面アラインメントマークの欠けの有無により判定する工程とを有している。
【００１８】
そのことにより、発光点の側面からの距離を精度良く製造することができ、不良を簡単に発見できるので生産性を高くすることができる。
【００１９】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、前記フォトマスクの発光点アライメントマークと半導体レーザ素子の発光点との幅方向における距離を所定の値範囲とする工程は、前記フォトマスクの発光点アライメントマークと前記半導体レーザ素子の導波路との幅方向における距離を赤外顕微鏡を用いて測定する。
【００２０】
そのことにより、発光点と側面との距離の精度をより高くすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子１０の電極面１０ｃ側から見た図である。発光点１５ａは半導体レーザ素子１０の端面１０ｄ上と直交する方向で半導体レーザ素子内部に向かって延伸している導波路（図示せず）との交点である。発光点アライメントマーク１６ａ、側面アライメントマーク１６ｃ、１６ｄおよび方向指示マークを形成した電極パターン１６が電極面１６ｃ上に設けられている。発光点アライメントマーク１６ａは、発光点１５ａを含み端面１０ｄと直交する面Ｂと電極面１６ｃとの交線Ａ上の所定の発光点１５ａ側に設けられている。発光点アライメントマーク１６ａの幅方向の長さはＷｘは２０μｍとした。
【００２２】
方向指示マークＣは電極パターン１６の角部を切り取った辺１６ｂと半導体レーザ素子の側面１０ｄ、１０ｅにより囲まれた三角形形状で構成されている。方向指示マーク１６ｂの最も短い辺は半導体レーザ素子の側面１０ｄまたは１０ｅで区画される辺であり、本実施の形態の半導体レーザ素子１０ではこの長さを３０μｍとした。最も短い辺の長さを２０μｍより大きくしておけば、目視で方向指示マーク１６ｂを認識することが可能であるので所定の発光点が設けられた端面を容易に確認できる。
【００２３】
一方、側面アラインメントマーク１６ｃまたは１６ｄは電極パターン１６の半導体レーザ素子の側面１０ｂまたは１０ｅに沿った辺である。側面アラインメントマーク１６ｃと半導体レーザ素子の側面１０ｂとの距離および側面アラインメントマーク１６ｄと半導体レーザ素子の側面１０ｅとの距離は０〜１０μｍの素子のみを良品とする。良否の判断は側面アライメントマーク１６ｃまたは１６ｄの欠けの有無を低倍率の顕微鏡等で観測してにより判断する。
【００２４】
図２および図３は本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を表わす図である。
【００２５】
まず、図２（ａ）のように半導体基板２１の主面２１ａ上に、例えば、クラッド層、活性層、キャップ層等複数の結晶層２２を成長したウェハー２０を作成する。
【００２６】
次に、結晶層２２の上に電極層２３を真空蒸着等により形成する。このとき、ウェハー２０の端部には電極層２３を蒸着しないようにしておく。ついで、電極層２３にレジスト２４を塗布する。通常のフォトリシグラフィー法と同様に、図２（ｂ）のように電極パターン１０１が形成されたフォトマスク１００をウェハー２０のレジスト２４を塗布した面の直上に配置する。
【００２７】
図２（ｃ）はフォトマスク１００の電極パターンに形成された発光点アライメントマーク１０１ａ付近を拡大した図である。導波路（図示せず）の位置はウェハー２０の表面に交線Ａと一致する直線状の筋２５となって見えるので、フォトマスクの発光点アライメントマーク１０１ａと一致するように調整する。電極層２３の無いウェハー２０の端部では直線状の筋２５の観測がより容易である。
【００２８】
複数の電極パターン１０１で確認しながら調整を行うことにより直線状の筋２５の向きとフォトマスクの発光点アライメントマーク１０１ａの並ぶ向きを精度良く一致するように調整する。このようにすることにより、導波路（図示せず）の延伸する方向に発光点アライメントマークが電極層２３を設けていないウェハー２０の両端部でこのような調整を行えばウェハー２０のすべての領域でより精度良く合わせることができる。
【００２９】
調整が完了すると、フォトマスク１００を通して紫外線をレジスト２４に照射し、現像することによりレジストマスク（図示せず）が作成される。レジストマスク（図示せず）をマスクとして、例えば、熱燐酸と呼ばれる７０℃程度の高温にした燐酸等により電極層２３の最上層のＡｌをエッチングし、電極パターン１６を作成する。
【００３０】
このウェハー２０を１００μｍ程度まで薄く研磨または研削した後、結晶面に沿って劈開することにより図３（ｄ）に示すようなレーザバー３０、３０、３０が作成される。図３（ｅ）はレーザバー３０の一部を拡大して示した図である。電極パターン２６、２６が幅方向に等間隔で配列されている。電極パターン２６、２６の間隔ｄ１は１０μｍの幅とした。
【００３１】
最後に図３（ｆ）のように電極パターン２６・・・２６の間にケガキ傷２７・・・２７を入れ、押圧して分割することにより図３（ｇ）に示すような半導体レーザ素子４０が作成される。ケガキ傷２７が電極パターン２６にかからなければ側面アライメントマーク１６ｃと側面１０ｂ、および側面アライメントマーク１６ｄと側面１０ｅとの間隔は０〜１０μｍとなっていることは明らかである。そのため、側面アライメントマーク１６ｃ、１６ｄの欠けの有無によって良不良を判定することができる。
【００３２】
フォトマスクの発光点アライメントマーク１０１ａの幅方向の長さを２２μｍとすると、出来上がった電極１６の発光点アライメントマーク１６ａの幅方向の長さＷｘは２０μｍ程度となる。通常、発光点１０ａの幅方向の位置はこの範囲内に入っているので発光点アラインメントマーク１６ａと発光点１０ａの幅方向の距離は±１０μｍの範囲内にある。一方、側面アライメントマークと側面との距離は０〜１０μｍであるから、発光点アラインメントマークと側面アラインメントマークの間隔を、例えば、３０μｍとしておくと、発光点と側面との距離は２０μｍ〜５０μｍとなり、必要とされる精度が得られることが分かる。
【００３３】
ケガキ傷の位置精度が不十分で、側面アラインメントマークが欠けた素子を不良とすることにより発光点と側面との距離が仕様を満足しないものを出荷してしまうという問題が無い。
【００３４】
前述の手段によって、半導体レーザ素子の側面から発光点迄の距離が高精度で作成可能となる。半導体レーザ素子自体の発光点の位置精度を上げることは、ハイブリッドタイプ半導体レーザ装置のような、２つの半導体レーザ素子の発光点位置を精度よく合わせ込む必要がある場合に重要である。更に、２つの発光点間隔を狭くしようとした場合、半導体レーザ素子の側面と発光点との距離を近づける必要があるが、この場合にも発光点の位置精度を上げることは重要である。
【００３５】
方向指示マークとしては本実施例に示したような電極パターンの角部を切り取った三角形状の他に、例えば図４に示すような形状でも良い。
【００３６】
電極パターン４１の最上層であるＡｌの層を円形に除去した半導体レーザ素子４０の例を図４（ａ）に示す。方向指示マーク４１ｂの直径が２０μｍより大きくすれば視認することが可能である。楕円の場合には短径が２０μｍより大きくすれば視認することが可能である。半導体レーザ素子４０でも発光点アライメントマーク４１ａ、側面アライメントマーク４１ｃ、４１ｄを設けていることは同じである。
【００３７】
電極パターン４３の最上層であるＡｌの層の角部を矩形に除去して作成した半導体レーザ素子４０の例を図４（ｂ）に示す。この場合、電極パターン全体を見たとき、半導体レーザ素子４２の辺４２ａ、４２ｂと電極パターン４３の辺４３ｃ、４３ｄにより囲まれた四角形として認識されるので、各辺の長さを２０μｍより大きくすれば方向指示マークとして視認される。半導体レーザ素子４２でも発光点アライメントマーク４３ａ、側面アライメントマーク４３ｂ、４３ｅを設けていることは同じである。
【００３８】
図５は、別の側面アライメントマークを形成したレーザバーの一部を拡大した図である。本側面アライメントマークは側面との距離をより高い精度で製造するために、隣接する電極パターン４４、４４の側面アラインメントマーク４４ｂと４４ｄの距離が異なる部分を有している。例えば、隣接する側面アライメントマーク４４ｂと４４ｄの距離の遠い部分ｄ２を１０μｍ、近い部分ｄ３を５μｍ、発光点アライメントマークと側面アライメントマークとの最も遠い部分までの幅方向の距離を３０μｍとすると、側面アライメントマーク４４ｂまたは４４ｄにケガキ傷が入っていない場合、発光点と側面との距離は２０μｍ〜４５μｍとより高精度になる。
［第２の実施の形態］
図６は本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ素子６０を端面側から見た斜視図である。
【００３９】
本実施の形態の半導体レーザ素子６０は半導体基板の主面が（１００）面より［０１１］方向にθ＝１５°傾いたオフ基板を用いている。発光点６５ａと側面６０ｂとの距離をできるだけ小さくするために発光点アラインメントマーク６６ａは電極パターン６６の角部と共通としている。
【００４０】
導体基板２１の主面が（１００）面から例えば［０１１］方向にθ°傾いている、いわゆるオフ基板を用いた場合には、発光点６５ａを含み端面６０ｄに垂直な面Ｅと電極面６０ｃとの交線Ｇと電極面上に現れる直線上の筋Ｆとは一致しない。なぜなら、直線状の筋Ｆは発光点６５ａを含み、半導体基板の（１００）面に対し垂直な面と電極面６０ｃとの交線となるからである。
【００４１】
図６はθ＝１５°のオフ基板を用い、発光点６５ａから電極面６０ｃまでの距離をｈ＝１００μｍとすると、直線状の筋Ｆは交線Ｇから幅方向に略ｈ×ｔａｎθ＝２７μｍずれることになる。
【００４２】
このため、オフ基板を用いている場合には、赤外顕微鏡を使用して導波路を観測する。赤外線はＧａＡｓを基板とするウェハー２０を透過するので内部にある導波路を直接観測することができる。従って、導波路を直接観測しながらフォトマスクの発光点アライメントマークと一致させるよう調整することができる。
【００４３】
発光点アライメントマーク６６ａと発光点６５ａの幅方向の距離の精度は±１０μｍであり、側面アラインメントマーク６６ｂと側面６０ｂとの距離Ｗｙは０〜１０μｍである。発光点６５ａと電極面６０ｃとの距離ｈは略１００μｍであるので、側面６０ｂと発光点６５ａとの幅方向での距離Ｗｚは１７μｍ〜４７μｍとなり、本実施の形態の半導体レーザ素子でも必要な精度を満足していることが分かる。
【００４４】
第２の実施の形態の半導体レーザ装置においても方向指示マークを設けても良いことは言うまでもない。また、側面アライメントマークとして側面との距離が異なる部分を有するものを用いても良く、本発明の趣旨を逸脱すること無く種々の変形を行うことができることは言うまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体レーザ素子およびその製造方法を用いることにより発光点と側面との距離を高精度にすることができるので、複数の半導体レーザ素子を発光点を近接させて一つの半導体レーザ装置に搭載し、それらの発光点間距離を高い精度で搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子の電極面方向から見た斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子の図２に続く製造方法を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子で別の方向指示マーク有する場合をあらわす図であり、（ａ）は円形の場合を表わす図、（ｂ）は矩形の場合を表わす図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子で別の側面アライメントマークを有するレーザバーを表わす図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ素子の端面方向から見た斜視図である。
【図７】半導体レーザ装置の構造を示す部分破断断面図である。
【図８】ハイブリッドタイプの半導体レーザ装置の主要部を表わす図である。
【符号の説明】
１０、４０、４２、６０ ・・・ 半導体レーザ装置
１６、２６、４４、６６ ・・・ 電極パターン
１６ａ、６６ａ ・・・ 発光点アライメントマーク
１６ｂ ・・・ 方向指示マーク
１６ｄ、１６ｅ ・・・ 側面アライメントマーク
２０ ・・・ ウェハー
２１ ・・・ 基板
２２ ・・・ 結晶層
２３ ・・・ 電極層
２４ ・・・ レジスト
２７ ・・・ ケガキ傷
３０ ・・・ レーザバー
７１ ・・・ ステム
７２、８２ ・・・ 放熱台
７３、８０、８１・・・半導体レーザ素子
７４ ・・・モニター用受光素子
７５ ・・・ キャップ
７６ ・・・ ガラス
７７ ・・・ 金属ワイヤ
７８ ・・・ リードピン
８０ａ、８１ａ・・・発光点
１００ ・・・フォトマスク
１０１ ・・・電極パターン
１０１ａ・・・電極パターンの発光点アライメントマーク

Claims (2)

1. 半導体基板の主面上に結晶層を設け、該結晶層内に導波路を有する半導体レーザ素子において、前記半導体レーザ素子の発光点を含み、端面と直交する面と該結晶層上の電極面の交線上に発光点アライメントマークが設けられ、該発光点アライメントマークの前記半導体レーザ素子の幅方向における長さが２０μｍ以下であり、かつ該発光点アライメントマークは、単一の頂点を有する形状である半導体レーザ素子において、
   前記半導体レーザ素子は、両側面に側面アライメントマークを有し、両側面の側面アライメントマークは、対向する位置に、前記半導体レーザ素子の側面からの距離が異なる部分を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
2. １枚のウェハーに、フォトマスクを用いて複数の発光点アライメントマークおよび側面アライメントマークを有する複数の電極パターンを形成した後、個々の半導体レーザ素子に分割する半導体レーザ素子の製造方法において、前記フォトマスクの発光点アライメントマークと前記発光点との幅方向における距離を所定の値範囲とする工程と、前記分割された個々の半導体レーザ素子の良否を前記側面アラインメントマークの欠けの有無により判定する工程とを有し、隣接する電極パターンの互いに近接する側面アライメントマークは、対向する位置に、両者の間隔を狭くさせる部分を有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。

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