WO2023219132A1 - Semiconductor laser element and method for producing semiconductor laser element - Google Patents
Semiconductor laser element and method for producing semiconductor laser element Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023219132A1 WO2023219132A1 PCT/JP2023/017738 JP2023017738W WO2023219132A1 WO 2023219132 A1 WO2023219132 A1 WO 2023219132A1 JP 2023017738 W JP2023017738 W JP 2023017738W WO 2023219132 A1 WO2023219132 A1 WO 2023219132A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- groove
- semiconductor laser
- semiconductor
- end surface
- coat film
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
Definitions
- the present disclosure relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing the semiconductor laser device.
- Semiconductor laser elements have advantages such as long life, high efficiency, and small size, so they are used as light sources for various products such as projectors, optical disks, vehicle headlamps, lighting devices, and laser processing equipment.
- nitride-based semiconductor lasers which can cover a wavelength range from ultraviolet to blue, has been progressing as a semiconductor laser element.
- Semiconductor laser devices are manufactured by cutting out a plurality of bar-shaped substrates (semiconductor laser bars) by dividing a semiconductor multilayer substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked on a wafer, and then dividing the bar-shaped substrate into a plurality of individual pieces. It can be made by cutting into pieces. In such a dividing process, problems occur such as divisions deviating from the planned dividing line or parts missing.
- nitride semiconductor lasers are split at crystal planes rather than cleavage planes in the splitting process, so the planned splitting line Problems such as deviating from the target and splitting or parts being chipped are likely to occur.
- Patent Document 1 discloses a method of dividing a wafer on which a plurality of semiconductor layers are stacked by irradiating the back surface of the wafer with laser light to form dividing grooves.
- the present disclosure has been made to solve such problems, and aims to provide a highly reliable semiconductor laser device and a method for manufacturing the semiconductor laser device.
- a first semiconductor laser element includes a semiconductor stacked structure formed on one surface of a substrate, and a semiconductor stacked structure formed on a front end surface of the semiconductor stacked structure. and a second coat film formed on the rear side end surface of the semiconductor laminated structure, the second coat film having a thickness greater than that of the first coat film.
- a groove extending along the cavity length direction of the semiconductor laser element is formed on a side surface of the semiconductor laser element so as to cut out the side surface, and the front edge of the groove is formed on the side surface of the semiconductor laser element.
- the groove is spaced apart from the front end surface of the semiconductor laser element, and the rear edge of the groove is located at the rear end surface of the semiconductor laser element.
- a second semiconductor laser element includes a semiconductor stacked structure formed on one surface of a substrate, and a first coat film formed on a front end surface of the semiconductor stacked structure. and a second coat film formed on the rear end face of the semiconductor laminated structure, the second coat film being thicker than the first coat film, and the semiconductor laser element
- a groove extending along the cavity length direction of the semiconductor laser element is formed in a side surface of the semiconductor laser element so as to cut out the side surface, and a front edge of the groove is formed on the front end surface of the semiconductor laser element.
- the rear end edge of the groove is spaced apart from the rear end surface of the semiconductor laser element, and the distance between the rear end edge and the rear end surface is equal to the front end edge. and the front end surface.
- one aspect of the method for manufacturing a semiconductor laser device includes the steps of: manufacturing a semiconductor multilayer substrate having a semiconductor multilayer structure by stacking a plurality of semiconductor layers on one surface of a substrate; a step of manufacturing a plurality of bar-shaped substrates by dividing a multilayer substrate; a step of forming a first coat film on a front end surface of the semiconductor multilayer structure in each of the plurality of bar-shaped substrates; forming a second coat film on the rear end surface of the semiconductor laminated structure in each of the plurality of bar-shaped substrates; and the bar-shaped substrate on which the first coat film and the second coat film are formed.
- the laser beam is scanned from the front side to the rear side of the bar-shaped substrate.
- FIG. 1 is a perspective view of the semiconductor laser device according to the first embodiment, viewed from above.
- FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor laser device according to the first embodiment, viewed from below.
- FIG. 3 is a top view of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
- FIG. 4A is a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment taken along line IVA-IVA in FIG. 3.
- FIG. 4B is a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment taken along line IVB-IVB in FIG. 3.
- FIG. FIG. 5 is a side view of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment.
- FIG. 6 is a diagram for explaining each step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram for explaining a process of forming a first groove in a bar-shaped substrate by laser scribing.
- FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the laser beam output and the laser beam irradiation position when forming the first groove in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the first embodiment.
- FIG. 9 is a diagram schematically showing the rear end face and front end face of the semiconductor laser device before and after cleaning.
- FIG. 10 is a perspective view of the semiconductor laser device according to Modification 1 of Embodiment 1, viewed from below.
- FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the laser beam output and the laser beam irradiation position when forming the first groove in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the first modification of the first embodiment.
- FIG. 12 is a perspective view of the semiconductor laser device according to the second modification of the first embodiment, viewed from below.
- FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the laser beam output and the laser beam irradiation position when forming the first groove in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the second modification of the first embodiment.
- FIG. 14 is a perspective view of the semiconductor laser device according to the second embodiment, viewed from below.
- FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the laser beam output and the laser beam irradiation position when forming the first groove in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the second embodiment.
- FIG. 16 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a modification of the second embodiment, viewed from below.
- FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the laser beam output and the laser beam irradiation position when forming the first groove in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to a modification of the second embodiment.
- FIG. 18 is a perspective view of a semiconductor laser device according to a modification as viewed from below.
- FIG. 19 is a diagram for explaining a step of dividing a bar-shaped substrate into a plurality of semiconductor laser elements (piece division step).
- FIG. 20 is a diagram showing the configuration of a semiconductor laser device of a comparative example.
- a plurality of bar-shaped substrates are created by dividing a semiconductor laminated substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked on a substrate (a wafer) (primary dividing step). After forming a coating film on both end surfaces of this bar-shaped substrate, the bar-shaped substrate is further divided into a plurality of pieces to separate into a plurality of semiconductor laser elements (secondary division step). Thereby, a plurality of semiconductor laser devices can be obtained from one wafer.
- a dividing groove (guide groove) is formed in advance in the semiconductor laminated substrate or bar-shaped substrate, and the bar-shaped substrate is divided into a plurality of pieces along the groove.
- it is conceivable to form the dividing grooves by irradiating the back surface of the semiconductor laminated substrate or the bar-shaped substrate with laser light.
- the end of the groove in the cavity direction is set back from the cavity end face. irradiate with laser light.
- the laser light is irradiated so that the dividing grooves do not reach the positions that will become the resonator end faces on the front side and rear side of the bar-shaped substrate.
- a bar-shaped substrate 3X with dividing grooves 51X formed on the back surface of the substrate 10X is sandwiched between an adhesive sheet 101 and a protective film 102, and a bar-shaped substrate 3X is placed at a position corresponding to the dividing groove 51X.
- a blade-like jig 103 such as a cutter is successively pushed into the substrate 3X from above.
- the bar-shaped substrate 3X can be divided into a plurality of pieces to obtain a plurality of semiconductor laser elements 1X.
- FIG. 20 is a diagram showing the configuration of a semiconductor laser device 1X of a comparative example when manufactured by the method of Patent Document 1.
- FIG. 20 (a) is a top view of the semiconductor laser device 1X
- (b) is a cross-sectional view taken along the bb line in (a)
- (c) is a top view of the semiconductor laser device 1X.
- FIG. FIG. 20(d) is a side view of the semiconductor laser device 1X viewed from the rear end surface side with the second coat film 32X on the end surface omitted.
- the thick line in FIG. 20 indicates the crack 90X that has occurred in the semiconductor laser element 1X
- the dotted hatched area in (a) of FIG. 20 indicates the region where the crack 90X has occurred.
- the semiconductor stacked structure 20X is covered with an insulating film 60 having an opening on the ridge portion 20a, and is also covered with a pad electrode 70.
- the crack first propagates obliquely upward in the vicinity of the groove 51X, and then extends slightly obliquely upwardly at an angle of about 1.5° with respect to the main surface of the substrate 10X at a place away from the groove 51X, and the semiconductor laser In a cross section parallel to the side surface of the element 1X, it was found that it extends obliquely upward from the end surface of the semiconductor stacked structure 20X at an angle of about 16° with respect to the main surface of the substrate 10X. Furthermore, many of the cracks 90X originate from a portion approximately 2 ⁇ m below the portion of the surface of the semiconductor stacked structure 20X located closest to the substrate 10X (in FIG. 20(d), the upper surface of the separation auxiliary groove 52X). It was also found that this occurs. Moreover, it was also found that many cracks 90X occur particularly on the rear end surface side of the semiconductor laser element 1X.
- chipping may occur on the rear cavity end face of the semiconductor laser element 1X.
- a protective member such as SiO 2 is sometimes placed on the bar-shaped substrate, but in this case, the ridge portion 20a of the semiconductor laser element is Chips may occur in the ridge due to stress.
- the inventors of the present invention have investigated the causes of cracks 90X and chipping on the rear cavity end face of a semiconductor laser element.
- the dividing groove 51X for dividing into individual pieces was formed in the substrate 10X, and the dividing groove 51X was formed so as not to reach the positions that would become the front and rear resonator end faces. I guessed that this was one of the reasons. In other words, it is assumed that one of the causes is that by forming both ends of the groove 51X at a position retracted from the resonator end face, the vicinity of the resonator end face on the front side and rear side becomes less likely to crack.
- the thickness of the second coat film 32X formed on the rear side of the resonator end face is greater than the thickness of the first coat film 31X formed on the front side of the resonator end face. I guessed. In other words, in order to emit the laser beam forward, it is necessary to make the reflectance of the second coat film 32X on the rear side higher than the reflectance of the first coat film 31X on the front side.
- the film thickness of the film 32X is thicker (for example, about 8 times) than the film thickness of the first coat film 31X on the front side. As a result, the vicinity of the rear resonator end face is less likely to break than the front resonator end face.
- both ends of the dividing groove 51X are formed at positions that are set back from the resonator end face, and the thickness of the second coat film 32X on the rear side is made thicker than the first coat film 31X on the front side. It is thought that by increasing the thickness, the vicinity of the rear resonator end face became less likely to crack. As a result, it is thought that a crack 90X or chipping occurred on the rear resonator end face of the semiconductor laser element 1X during the dividing process in which the bar-shaped substrate was divided into multiple parts to produce the semiconductor laser element 1X. .
- each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, the scale etc. in each figure are not necessarily the same.
- substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping explanations will be omitted or simplified.
- the terms “upper” and “lower” do not refer to the upper direction (vertically upward) or the lower direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but are based on the stacking order in the stacked structure. Used as a term defined by the relative positional relationship. Additionally, the terms “above” and “below” are used not only when two components are spaced apart and there is another component between them; This also applies when they are placed in contact with each other.
- FIG. 1 is a perspective view of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment, viewed from above.
- FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment, viewed from below. Note that in FIG. 2, the n-side electrode 42 is omitted, and the widths of the first groove 51 and the second groove 52 are exaggerated.
- FIG. 3 is a top view of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment.
- 4A and 4B are cross-sectional views of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment. 4A is a cross-sectional view taken along line IVA-IVA in FIG. 3, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line IVB-IVB in FIG.
- FIG. 5 is a side view of the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment.
- the semiconductor laser device 1 has a front end face 1a and a rear end face 1b, each of which is a resonator end face, and a first side face 1c and a second side face, each of which is a face that intersects with the resonator end face. It has a side surface 1d.
- the front end face 1a is a resonator end face from which laser light is mainly emitted from the semiconductor laser element 1.
- the rear end surface 1b is a resonator end surface on the opposite side to the front end surface 1a of the semiconductor laser element 1.
- the front end surface 1a and the rear end surface 1b are opposed to each other as a pair of resonator end surfaces.
- the rear end surface 1b is an end surface opposite to the front end surface 1a.
- the first side surface 1c is one side surface of the semiconductor laser element 1.
- the second side surface 1d is the other side surface of the semiconductor laser element 1.
- the first side surface 1c and the second side surface 1d are opposed to each other as a pair of side surfaces.
- the first side surface 1c and the second side surface 1d are surfaces perpendicular to the front end surface 1a and the rear end surface 1b.
- the semiconductor laser device 1 includes a substrate 10 and a semiconductor stacked structure 20 formed on the upper surface, which is one surface of the substrate 10.
- the semiconductor stacked structure 20 has a structure in which a plurality of semiconductor layers are stacked, and has a PN junction.
- the semiconductor laser device 1 in this embodiment is a nitride semiconductor laser made of a nitride-based semiconductor material. Therefore, the semiconductor stacked structure 20 is a nitride semiconductor stack in which a plurality of nitride semiconductor layers each made of a nitride-based semiconductor material are stacked. Specifically, the semiconductor laser device 1 is a GaN-based nitride semiconductor laser. The laser light emitted from the semiconductor laser element 1 is, for example, light in a wavelength range from ultraviolet to blue.
- the semiconductor laser device 1 has an optical waveguide with a front end face 1a and a rear end face 1b serving as resonator reflecting mirrors.
- the semiconductor stacked structure 20 has an optical waveguide.
- the optical waveguide extends along the cavity length direction of the semiconductor laser device 1.
- a ridge portion 20a is formed in the semiconductor stacked structure 20 as an optical waveguide. Therefore, the ridge portion 20a is formed to extend along the cavity length direction of the semiconductor laser device 1.
- the ridge portion 20a has a convex shape and is formed by digging into the semiconductor stacked structure 20.
- the semiconductor laser element 1 has a shape that is elongated in the cavity length direction.
- the length of the semiconductor laser element 1 in the cavity length direction is, for example, 800 ⁇ m or more, and in this embodiment, it is 1200 ⁇ m.
- a laser resonator is formed by the front end surface 1a and the rear end surface 1b.
- the rear end surface 1b must have a mirror-like structure (for example, a reflectance of 90% or more), and the reflectance of the rear end surface 1b is higher than that of the front end surface 1a.
- the reflectance of the front end surface 1a is 5%
- the reflectance of the rear end surface 1b is 95%.
- a first coat film 31 serving as a first reflective film is formed on the front side (front side) of the semiconductor laser element 1. Further, on the rear side (rear side) of the semiconductor laser element 1, a second coat film 32 serving as a second reflective film is formed.
- the front end surface 1a of the semiconductor laser device 1 is the outer surface of the first coat film 31
- the rear end surface 1b of the semiconductor laser device 1 is the outer surface of the second coat film 32.
- the first coat film 31 is formed on the front side end face 20F of the semiconductor stacked structure 20, and the second coat film 32 is formed on the rear side end face 20R of the semiconductor stacked structure 20.
- the reflectance of the second coat film 32 is set to be higher than the reflectance of the first coat film 31. It's getting expensive.
- the reflectance of the first coat film 31 is 5%
- the reflectance of the second coat film 32 is 95%.
- the thickness of the second coat film 32 on the rear side is equal to the thickness of the first coat film 31 on the front side. It's thicker than.
- the thickness of the second coat film 32 is more than twice the thickness of the first coat film 31, and in this embodiment, it is about eight times as thick.
- the thickness of the first coat film 31 is 100 nm to 400 nm
- the thickness of the second coat film 32 is 700 nm to 1400 nm.
- the difference between the thickness of the first coat film 31 and the thickness of the second coat film 32 is 300 nm to 1300 nm.
- the first coat film 31 and the second coat film 32 are composed of a dielectric multilayer film in which a plurality of dielectric films are laminated.
- the first coat film 31 and the second coat film 32 are, for example, dielectric multilayer films in which a plurality of types of dielectric films are combined, such as an Al 2 O 3 film, an AlON film, a SiO 2 film, and a SiN film.
- the dielectric films forming the first coat film 31 and the second coat film 32 are not limited to crystal films, but may be amorphous films.
- the substrate 10 is a semiconductor substrate made of GaN, SiC, etc., or an insulating substrate such as a sapphire substrate.
- the substrate 10 is, for example, an n-type GaN substrate made of hexagonal GaN single crystal. In this embodiment, an n-type GaN substrate whose main surface is a (0001) plane is used as the substrate 10.
- the semiconductor stacked structure 20 includes, in order, an n-side first semiconductor layer 21, an active layer 22, and a p-side second semiconductor layer 23 on the substrate 10.
- the active layer 22 is a PN junction in the semiconductor stacked structure 20.
- the first semiconductor layer 21, the active layer 22, and the second semiconductor layer 23 are formed by epitaxially growing a nitride-based semiconductor material using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. I can do it.
- MOCVD metal organic chemical vapor deposition
- the first semiconductor layer 21 includes at least an n-type cladding layer.
- the first semiconductor layer 21 has an n-side cladding layer including an n-type cladding layer, and an n-side optical guide layer formed on the n-side cladding layer.
- the n-side cladding layer and the n-side guide layer may be either a single layer or multiple layers.
- the n-side cladding layer includes an n-AlGaN layer that is an n-type cladding layer made of AlGaN doped with silicon. Note that the n-side cladding layer may have a stacked structure of an n-AlGaN layer and an un-AlGaN layer.
- the n-side optical guide layer includes an optical guide layer (un-InGaN layer) made of undoped InGaN. Note that the n-side guide layer may have a stacked structure of an un-InGaN layer and an n-GaN layer.
- the active layer 22 is a quantum well active layer.
- the active layer 22 has a laminated structure in which well layers made of undoped InGaN and barrier layers made of undoped InGaN are alternately laminated.
- the active layer 22 may have either a single quantum well structure (SQW) or a multi-quantum well structure (MQW).
- the active layer 22 has a five-layer structure including a barrier layer made of InGaN, a well layer made of InGaN, a barrier layer made of InGaN, a well layer made of InGaN, and a barrier layer made of InGaN. be.
- the second semiconductor layer 23 includes at least a p-type cladding layer.
- the second semiconductor layer 23 includes a p-side optical guide layer, an OFS layer (overflow suppression layer) formed on the p-side optical guide layer, and a p-type It has a p-side cladding layer including a cladding layer, and a contact layer formed on the p-side cladding layer.
- the p-side optical guide layer, OFS layer, p-side cladding layer, and contact layer may be either a single layer or multiple layers.
- the p-side optical guide layer includes an un-InGaN layer made of undoped InGaN. Note that the p-side optical guide layer may have a laminated structure of an un-InGaN layer and an un-GaN layer.
- the OFS layer is a p-AlGaN layer made of AlGaN doped with magnesium as an impurity.
- the p-side cladding layer includes a p-AlGaN layer that is a p-type cladding layer doped with magnesium as an impurity. Note that the p-side cladding layer may have a stacked structure of a p-AlGaN layer and an un-AlGaN layer.
- the contact layer includes a p-GaN layer that is a p-type contact layer made of GaN doped with magnesium as an impurity. Note that the contact layer may have a stacked structure of a p + -GaN layer and a P - -GaN layer having different impurity concentrations.
- the semiconductor laminated structure 20 configured in this manner is formed with a ridge portion 20a and a flat portion 20b that spreads laterally from the root of the ridge portion 20a.
- the ridge portion 20a and the flat portion 20b can be formed.
- the second semiconductor layer 23 is dug. That is, the ridge portion 20a and the flat portion 20b are formed in the second semiconductor layer 23.
- the ridge portion 20a is formed in the p-side cladding layer and the contact layer.
- the ridge portion 20a includes a convex portion formed on the p-side cladding layer and a contact layer formed on the convex portion, and the uppermost layer of the ridge portion 20a is the contact layer.
- the flat portion 20b is formed in the p-side cladding layer.
- the flat surface of the flat portion 20b is the surface of the p-side cladding layer.
- the width and height of the ridge portion 20a are not particularly limited, but as an example, the ridge width (stripe width) of the ridge portion 20a is 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and the height of the ridge portion 20a is 100 nm or more and 1000 nm or less. It is as follows. Note that the width of the contact layer is the same as the ridge width of the ridge portion 20a, but is not limited thereto.
- a convex wing portion 20c is formed in the semiconductor stacked structure 20 by digging into the semiconductor stacked structure 20. That is, the semiconductor stacked structure 20 has a ridge portion 20a and a wing portion 20c as a convex structure.
- the second semiconductor layer 23 is dug. Therefore, the wing portion 20c is constituted by the second semiconductor layer 23, and the height of the wing portion 20c is the same as that of the ridge portion 20a.
- the wing portion 20c is composed of a p-side cladding layer and a contact layer, similar to the ridge portion 20a. Note that the upper surfaces of the ridge portion 20a and the wing portion 20c are both flat.
- the wing portions 20c are formed on both sides of the ridge portion 20a. That is, the semiconductor stacked structure 20 has a pair of wing portions 20c. The ridge portion 20a is sandwiched between a pair of wing portions 20c via a flat portion 20b. The pair of wing portions 20c extend along the resonator length direction of the semiconductor laser device 1, similarly to the ridge portion 20a. In this manner, by providing the wing portions 20c on both sides of the ridge portion 20a, it is possible to reduce the pressure applied to the ridge portion 20a when the semiconductor laser device 1 is mounted in a junction-down manner.
- each of the pair of wing portions 20c may be the same as the width of the ridge portion 20a, or may be different from the width of the ridge portion 20a.
- the width of the wing portion 20c may be greater than the width of the ridge portion 20a.
- the widths of the pair of wing portions 20c are the same, but may be different.
- a p-side electrode 41 is formed on the ridge portion 20a of the second semiconductor layer 23. Specifically, the p-side electrode 41 is formed on the contact layer. In this embodiment, the p-side electrode 41 is formed only on the upper surface of the ridge portion 20a. The width of the p-side electrode 41 is the same as the width of the ridge portion 20a, but may be narrower than the width of the ridge portion 20a.
- the p-side electrode 41 is formed using at least one metal material such as Pt, Ti, Cr, Ni, Mo, and Au.
- the p-side electrode 41 may have either a single layer or multiple layers.
- the p-side electrode 41 is an electrode with a two-layer structure including a 40 nm thick Pd layer made of Pd and a 35 nm thick Pt layer made of Pt.
- a pad electrode 70 is formed on the p-side electrode 41.
- the pad electrode 70 has a laminated structure of a Pt layer, a Ti layer, and an Au layer.
- an n-side electrode 42 is formed on the lower surface (back surface), which is the other surface of the substrate 10.
- the n-side electrode 42 is an ohmic electrode that makes ohmic contact with the substrate 10, which is a semiconductor substrate.
- the n-side electrode 42 is formed using at least one metal material such as Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, Au, and Ge.
- the n-side electrode 42 may be either a single layer or a multiple layer.
- the semiconductor stacked structure 20, except for the p-side electrode 41 on the ridge portion 20a is covered with an insulating film 60 made of a dielectric film such as SiO 2 or SiN.
- the insulating film 60 is formed to cover the second semiconductor layer 23 except for the upper surface of the ridge portion 20a. That is, the insulating film 60 is formed so as to have an opening above the ridge portion 20a of the contact layer.
- the insulating film 60 functions as a current blocking film. Therefore, the opening in the insulating film 60 becomes a current injection window through which current passes. Note that the insulating film 60 may be formed even on the side surface of the semiconductor stacked structure 20.
- a pad electrode 70 is formed on the p-side electrode 41.
- the pad electrode 70 is in contact with the p-side electrode 41.
- the pad electrode 70 is wider than the ridge portion 20a and is formed even above the wing portion 20c. That is, the pad electrode 70 is formed on the insulating film 60 so as to cover the ridge portion 20a, the flat portion 20b, and the wing portion 20c.
- the pad electrode 70 is made of a metal material such as Au.
- the pad electrode 70 may be formed with an adhesion auxiliary layer made of Ti or the like interposed therebetween. In this case, the adhesion auxiliary layer may also be a part of the pad electrode 70.
- a plurality of grooves are formed in the semiconductor laser element 1 configured in this way. Specifically, as shown in FIGS. 1 to 5, a first groove 51 and a second groove 52 are formed in the semiconductor laser element 1 as a plurality of grooves.
- the first groove 51 is a guide groove for dividing each of the plurality of bar-shaped substrates into individual pieces after dividing a semiconductor multilayer substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked on a wafer.
- the first groove 51 is a scribe groove, and can be formed, for example, by irradiating the back surface of the substrate 10 with a laser beam. In this way, by forming the first grooves 51 on the lower surface (back surface) of the substrate 10 instead of on the upper surface, the stress applied to the bar-shaped substrate when dividing into individual pieces can be reduced, thereby suppressing the occurrence of cracks.
- the first groove 51 is illustrated as having an angle (the boundary is composed of a surface), but the first groove 51 is a laser scribe groove formed by a laser beam. Therefore, it is actually formed smoothly without any corners.
- the first groove 51 is formed to extend in the direction of the resonator of the semiconductor laser element 1. Furthermore, the first groove 51 is formed on each of the pair of side surfaces of the semiconductor laser element 1 . Each of the pair of first grooves 51 is formed so as to cut out the side surface of the semiconductor laser element 1 . Specifically, one of the pair of first grooves 51 extends along the resonator length direction so as to cut out the first side surface 1c of the semiconductor laser element 1. Further, the other of the pair of first grooves 51 extends along the resonator length direction so as to cut out the second side surface 1d of the semiconductor laser element 1.
- the pair of first grooves 51 are formed on the side surface of the substrate 10. Specifically, one of the pair of first grooves 51 extends along the resonator length direction so as to cut out one side surface of the substrate 10 corresponding to the first side surface 1c. Further, the other of the pair of first grooves 51 extends along the resonator length direction so as to cut out the other side surface of the substrate 10 corresponding to the second side surface 1d. Specifically, each of the pair of first grooves 51 has a boat-shaped shape.
- the first groove 51 is formed on the back side of the semiconductor laser element 1. Specifically, the first groove 51 is formed on the other surface (that is, the back surface) opposite to one surface of the substrate 10. Therefore, each of the pair of first grooves 51 is formed so as to cut out the side surface of the semiconductor laser element 1 from the back surface of the substrate 10.
- the bottom of the first groove 51 is located inside the substrate 10. That is, the first groove 51 is formed in the thickness direction of the substrate 10 so as not to reach from the bottom surface (back surface) of the substrate 10 to the semiconductor stacked structure 20 on the top surface side of the substrate 10 .
- the front edge 51F is spaced apart from the front end surface 1a of the semiconductor laser element 1.
- the front edge 51F of the first groove 51 is the final end of the first groove 51 on the front side in the resonator length direction, and is the part of the first groove 51 that is closest to the front end face 1a in any depth direction. It is.
- the front edge 51F of the first groove 51 is spaced apart from the front end surface 1a of the semiconductor laser element 1, the front end of the first groove 51 in the cavity length direction is separated from the front edge 51F of the semiconductor laser element 1. It is located at a position retreating from the front end surface 1a of the laser element 1.
- the front edge 51F of the first groove 51 is the closest edge of the boundary between the back surface of the substrate 10 and the first groove 51. This is an end portion close to the front end surface 1a, and is located at a position set back from the front end surface 20F of the semiconductor stacked structure 20. Therefore, the first groove 51 is formed so that the front edge 51F of the first groove 51 does not reach the front end surface 20F of the semiconductor stacked structure 20. Therefore, between the front side edge 51F of the first groove 51 and the front side end surface 20F of the semiconductor stacked structure 20, there is a portion where the first groove 51 is not formed and the semiconductor stacked structure 20 is left. (leftover white) exists.
- the remaining margin of the semiconductor stacked structure 20 and the first coat film 31 are present between the front edge 51F of the first groove 51 and the front end surface 1a of the semiconductor laser element 1.
- the distance between the front edge 51F of the first groove 51 and the front end surface 1a of the semiconductor laser element 1 is 10 ⁇ m.
- a region 51FS at the front end of the bottom of the first groove 51 is inclined with respect to the substrate surface. Specifically, if the position of the boundary between the bottom of the first groove 51 and the front side end surface 51FS of the first groove 51 is the front side lower edge 51FB, then the area of the front side end of the bottom of the first groove 51 51FS is inclined from the lower edge 51FB toward the front edge 51F of the first groove 51. That is, in the present embodiment, the front edge 51F of the first groove 51 becomes the edge of the front end region 51FS of the bottom of the first groove 51 on the front end surface 1a side.
- the rear end edge 51R of the first groove 51 (indicated by a dashed line in FIG. 2) is located on the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1.
- the rear end edge 51R of the first groove 51 is the final end of the first groove 51 on the rear side in the resonator length direction. Therefore, since the rear end edge 51R of the first groove 51 is located on the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1, the rear end of the first groove 51 in the cavity length direction is located at the rear end of the semiconductor laser element 1.
- the semiconductor laser element 1 does not exist at a position retreating from the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1, but is located at the same position as the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1.
- the first groove 51 is formed so that the rear edge 51R of the first groove 51 reaches the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1. It is formed so as to penetrate to the rear end surface 1b. That is, the rear side portion of the first groove 51 penetrates both the semiconductor stacked structure 20 and the second coat film 32, and is open toward the outside of the semiconductor laser element 1 in the cavity length direction.
- the depth of the first groove 51 in the rear end region is constant. Furthermore, the depth of the first groove 51 in the rear end region is the same as the depth of the first groove 51 in the central portion. Note that the depth of the first groove 51 is the length from the back surface of the substrate 10 to the bottom surface of the first groove 51. As an example, if the overall thickness of the semiconductor laser device 1 is 85 ⁇ m and the thickness of the substrate 10 is 83 ⁇ m, the depth of the first groove 51 is 55 ⁇ m, and the groove width of the first groove 51 is 2.5 ⁇ m. be.
- the second groove 52 is formed on the front side of the semiconductor laser element 1. Specifically, the second groove 52 is formed in the semiconductor stacked structure 20.
- the second groove 52 is an auxiliary separation groove (element separation auxiliary groove) used when separating a plurality of stacked semiconductor layers into optical waveguides in a semiconductor multilayer substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked on a wafer by epitaxial growth. It is. Therefore, as shown in FIGS. 4A and 4B, the second groove 52 is formed on each of the pair of side surfaces of the semiconductor laser element 1. Specifically, one of the pair of second grooves 52 is formed so as to cut out the first side surface 1c of the semiconductor laser element 1.
- the other of the pair of second grooves 52 is formed so as to cut out the second side surface 1d of the semiconductor laser element 1.
- the second groove 52 can be formed by etching a plurality of stacked semiconductor layers.
- the width of the second groove 52 is 4 ⁇ m.
- the width of the second groove 52 is wider than the width of the first groove 51.
- each of the pair of second grooves 52 is formed so as to cut out the side surface of the semiconductor stacked structure 20 from the top surface of the semiconductor stacked structure 20. Furthermore, the second groove 52 is formed to extend in the direction of the resonator of the semiconductor laser element 1. Specifically, one of the pair of second grooves 52 extends along the resonator length direction so as to cut out one side surface of the semiconductor stacked structure 20 . Further, the other of the pair of second grooves 52 extends along the resonator length direction so as to cut out the other side surface of the semiconductor stacked structure 20 . In this embodiment, each of the pair of second grooves 52 is formed from the front end surface 20F to the rear end surface 20R of the semiconductor stacked structure 20.
- the second trench 52 can be formed by digging from the top surface of the semiconductor stacked structure 20 in the stacking direction. As shown in FIGS. 4A and 4B, the depth of the second groove 52 is deeper than the position of the active layer 22, which is the PN junction in the semiconductor stacked structure 20. Further, in this embodiment, the side surface of the second groove 52 is inclined. Specifically, the side surface of the semiconductor laser element corresponding to the second groove 52 is sloped so that the bottom widens along the depth direction.
- FIG. 6 is a diagram for explaining each step in the method for manufacturing the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment.
- a plurality of semiconductor layers are stacked on one surface of a substrate 10, which is a wafer, to fabricate a semiconductor multilayer substrate 2 having a semiconductor multilayer structure (semiconductor multilayer substrate (fabrication process).
- the semiconductor laminated substrate 2 includes a semiconductor laminated structure 20 having a plurality of waveguides formed on one surface of a substrate 10 which is a wafer, a p-side electrode 41 formed on the semiconductor laminated structure, and a substrate 10. and an n-side electrode 42 formed on the other surface.
- a wafer of an n-type GaN substrate is prepared as the substrate 10, and a plurality of nitride semiconductor layers are sequentially epitaxially grown on the entire surface of one surface of the substrate 10. For example, by sequentially epitaxially growing the first semiconductor layer 21, the active layer 22, and the second semiconductor layer 23 on one surface of the substrate 10 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
- MOCVD metal organic chemical vapor deposition
- a semiconductor stacked structure 20 is formed.
- a recess corresponding to the second groove 52 is formed in the semiconductor stacked structure 20 by subjecting the semiconductor stacked structure 20 to photolithography and etching.
- a ridge portion 20a, a flat portion 20b, and a wing portion 20c are formed in the semiconductor layered structure 20 by subjecting the semiconductor layered structure 20 to photolithography and etching.
- an insulating film 60 is formed so as to partially cover the semiconductor stacked structure 20.
- a p-side electrode 41 is formed on the ridge portion 20a of the semiconductor stacked structure 20, and then an n-side electrode 42 is formed on the back surface of the substrate 10. Thereby, the semiconductor laminated substrate 2 can be manufactured.
- a plurality of bar-shaped substrates 4 are produced by dividing the semiconductor laminated substrate 2.
- the bar-shaped substrate 4 is manufactured by dividing the semiconductor laminated substrate 2 into two stages.
- the semiconductor laminated substrate 2 is divided into a plurality of pieces to form a strip-shaped divided substrate having a region for manufacturing a bar-shaped substrate (semiconductor laser bar). Cut out 3 (substrate shaping process).
- four divided substrates 3 are produced as shown in FIG. 6(b). can do.
- four divided substrates 3 can be cut out from the semiconductor multilayer substrate 2 by cutting the semiconductor multilayer substrate 2 along a certain direction.
- the divided substrate 3 is laser scribed (primary scribing step). Specifically, a plurality of guide grooves (dividing grooves) for dividing the divided substrate 3 are formed by irradiating the divided substrate 3 with laser light.
- This guide groove is a groove that serves as a cleavage starting point when the divided substrate 3 is cleaved and divided.
- the divided substrate 3 is divided into a plurality of parts (primary dividing step). Specifically, by cleaving and sequentially separating the divided substrate 3 using the guide groove formed in the divided substrate 3 as a starting point, a plurality of bar shapes each having a plurality of waveguides (ridge portions 20a) are formed. A substrate 4 (semiconductor laser bar) is manufactured.
- a first coat film 31 is formed on the front side end surface 20F of the semiconductor stacked structure in each of the plurality of bar-shaped substrates 4 (front coat step).
- the black circles in FIG. 6(e) represent how the material constituting the first coat film 31 flies to the end surface.
- a first coat film 31 having a low reflectance is formed on the cleavage plane of the bar-shaped substrate 4 corresponding to the front end surface 1a side of the semiconductor laser device 1.
- the first coat film 31 is formed on the front end surface 20F of each of the semiconductor stacked structure and the substrate.
- a dielectric multilayer film including an Al 2 O 3 film, an AlON film, a SiO 2 film, and a SiN film can be formed.
- a second coat film 32 is applied to the rear end surface 20R of the semiconductor stacked structure in each of the plurality of bar-shaped substrates 4. (rear coating process).
- the black circles in FIG. 6(f) represent how the material constituting the second coat film 32 flies to the end surface.
- the second coat film 32 with high reflectance is formed on the cleavage plane of the bar-shaped substrate 4 corresponding to the rear end surface 1b side of the semiconductor laser element 1.
- the second coat film 32 is formed on the rear end surface of each of the semiconductor stacked structure and the substrate.
- a dielectric multilayer film including an Al 2 O 3 film, an AlON film, a SiO 2 film, and a SiN film can be formed.
- the bar-shaped substrate 4 on which the first coat film 31 and the second coat film 32 are formed is irradiated with a laser beam to form a first groove 51 (secondary scribing process). That is, the first groove 51 is a laser scribe groove formed by laser scribing.
- the first groove 51 is a guide groove for dividing the bar-shaped substrate 4 into a plurality of semiconductor laser elements 1. Therefore, the first groove 51 is formed at each boundary between two adjacent semiconductor laser elements 1. That is, as shown in FIG. 7, the first groove 51 is formed parallel to the longitudinal direction of the ridge portion 20a.
- FIG. 7 is a diagram for explaining the process of forming the first groove 51 in the bar-shaped substrate 4 by laser scribing.
- a laser beam is scanned from the front side to the rear side of the bar-shaped substrate 4.
- the first groove 51 is formed by irradiating laser light from the back side of the substrate 10.
- the laser beam is irradiated starting from a position retreating from the outer surface of the first coat film 31 formed on the front end surface of the bar-shaped substrate 4, and The laser beam is scanned along the width direction of the bar-shaped substrate 4 (the longitudinal direction of the ridge portion 20a) until it passes over the second coat film 32 formed on the end face of the bar-shaped substrate 4.
- the first groove 51 formed in this way has a front edge 51F spaced apart from the outer surface of the first coat film 31 and a rear edge 51R located at the same position as the outer surface of the second coat film 32. It is.
- FIG. 8 shows the relationship between the output (power) of the laser beam and the irradiation position (position) of the laser beam when forming the first groove 51.
- the total length of the bar-shaped substrate 4 on which the first coat film 31 and the second coat film 32 are formed is 1200 ⁇ m. Therefore, the position of the outer surface of the first coat film 31 is at the 0 ⁇ m position in FIG. 8, and the position of the outer surface of the second coat film 32 is at the 1200 ⁇ m position in FIG.
- the position of the outer surface of the first coat film 31 on the bar-shaped substrate 4 is the position of the front end surface 1a of the semiconductor laser device 1 obtained by dividing the bar-shaped substrate 4, and the position of the outer surface of the first coat film 31 on the bar-shaped substrate 4 is The position of the outer surface corresponds to the position of the rear end surface 1b of the semiconductor laser device 1 obtained by dividing the bar-shaped substrate 4.
- the maximum output of the laser beam when forming the first groove 51 is 200 W, and the beam diameter of the laser beam is 5 ⁇ m.
- the groove width of the first groove 51 becomes 5 ⁇ m before division.
- laser light irradiation is started from a position of 10 ⁇ m.
- the laser beam irradiation starts from a position 10 ⁇ m away from the outer surface of the first coat film 31 .
- the laser beam is irradiated with the output gradually increasing from the 10 ⁇ m position to the 40 ⁇ m position, and the laser beam is irradiated with a constant output from the 40 ⁇ m position until it penetrates the second coat film 32.
- the laser beam irradiation continues even after passing through the second coat film 32.
- the front edge 51F is separated from the outer surface of the first coat film 31 by 10 ⁇ m, and the rear edge 51R penetrates through the second coat film 32 to form the first groove 51 in the bar-shaped substrate 4. can be formed.
- the front edge 51F of the first groove 51 is spaced apart from the outer surface of the first coat film 31, while the rear edge 51R of the first groove 51 is separated from the outer surface of the first coat film 31. It is located at the same position as the outer surface of the coat film 32.
- the first groove 51 does not penetrate through the front portion of the bar-shaped substrate 4 corresponding to the front end surface 1a side portion of the semiconductor laser device 1, but the first groove 51 does not penetrate through the bar-shaped substrate 4 corresponding to the rear end surface 1b side portion of the semiconductor laser device 1. It penetrates through the rear part of 4.
- the stress applied to the rear side portion of the bar-shaped substrate 4 can be alleviated compared to the case where the first groove 51 does not penetrate through the rear side portion of the bar-shaped substrate 4. Thereby, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks or chipping on the rear end surface 1b of the semiconductor laser device 1 obtained by dividing the bar-shaped substrate 4.
- the first groove 51 extending along the resonator length direction of the semiconductor laser device 1 cuts out the side surface of the semiconductor laser device 1. It is formed like this.
- the front edge 51F of the first groove 51 is spaced apart from the front end surface 1a of the semiconductor laser element 1, while the rear edge 51R of the first groove 51 is located behind the semiconductor laser element 1. It is located on the end surface 1b.
- the semiconductor laser device 1 As described above, according to the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of cracks or chipping when dividing the bar-shaped substrate 4 into individual pieces, so that the semiconductor laser device has high reliability. 1 can be realized. According to the experiments conducted by the inventors of the present application, the semiconductor laser device 1X (FIG. 20) manufactured by the method described in FIG. 19 had a defective rate of 20%; Laser element 1 had a defective rate of 0%.
- the first groove 51 is formed by laser scribing, processing waste called debris is generated when forming the first groove 51 with a laser beam, and the bar-shaped substrate 4 Debris adheres to the surface. Further, since the first groove 51 is formed by cutting the substrate 10 with a laser beam, the debris is caused by the elements constituting the substrate 10. Specifically, the debris contains gallium metal (Ga). If such debris adheres to the end face of the bar-shaped substrate 4, the debris will remain on the resonator end face of the semiconductor laser device 1 obtained by dividing the bar-shaped substrate 4. As a result, problems such as deterioration of the characteristics of the semiconductor laser device 1 may occur.
- Ga gallium metal
- the laser beam is scanned from the front side to the rear side of the bar-shaped substrate 4.
- the laser beam is scanned from the front side to the rear side of the bar-shaped substrate 4.
- the first groove 51 is formed so as to penetrate through the second coat film 32 in order to suppress the occurrence of cracks and chipping on the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1.
- more debris adheres to the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1 than in the case where the first groove 51 is formed so as not to penetrate through the second coat film 32.
- the debris is an elemental metal such as gallium metal (Ga) or aluminum (Al), and/or an inorganic compound such as aluminum nitride, aluminum oxide, or silicon dioxide.
- a step of removing debris may be performed.
- debris made of gallium can be effectively removed by cleaning the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1 with hydrochloric acid.
- debris on the rear end surface 1b can be removed by cleaning for 5 minutes or more using hydrochloric acid with a concentration of 19%.
- FIG. 9 schematically shows the rear end surface 1b and front end surface 1a of the semiconductor laser element 1 before and after cleaning.
- debris can be removed by cleaning the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1 with hydrochloric acid.
- the debris present in the first region A1 below the ridge portion 20a is larger than the debris present in the second region A2 on the side of the first region A1. is also decreasing.
- the step of removing debris may be performed after the step of forming the first grooves 51 and before dividing the bar-shaped substrate 4 into individual pieces.
- the first groove 51 is formed on the back surface, which is the other surface of the substrate 10.
- the depth of the rear end of the first groove 51 is made the same as the depth of the center portion of the first groove 51, but the present invention is not limited to this.
- the depth of the rear end of the first groove 51A may be deeper than the depth of the central portion of the first groove 51A.
- the depth of the rear end region of the first groove 51A gradually increases toward the rear end surface 1b, and the rear end region of the bottom of the first groove 51A is It is inclined toward the upper surface of the semiconductor laser element 1A toward the rear end surface 1b.
- the depth of the deepest part of the rear end region of the first groove 51A is the depth at the rear end surface 1b of the first groove 51A.
- the deepest part of the rear end region of the first groove 51A is preferably about 10 ⁇ m deeper than the depth of the central part of the first groove 51A.
- the first groove 51A having such a shape can be formed by scanning a laser beam with a profile as shown in FIG. 11. Specifically, as shown in FIG. 11, the depth of the rear end of the first groove 51A can be increased by increasing the output of the laser beam before the rear end of the bar-shaped substrate. can. In addition, in this modification, the output of the laser light is gradually increased from this side of the rear end surface of the bar-shaped substrate toward the rear end surface.
- the bar-shaped The stress applied to the rear side portion of the bar-shaped substrate when dividing the substrate can be further alleviated. Thereby, it is possible to further suppress the occurrence of cracks or chipping on the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1A.
- the depth of the rear end region of the first groove 51B may be made shallower than the depth of the central portion of the first groove 51B. Specifically, the depth of the rear end region of the first groove 51B gradually becomes shallower toward the rear end surface 1b, and the rear end region 51RS of the bottom of the first groove 51B is , is inclined toward the lower surface side of the semiconductor laser element 1B toward the rear end surface 1b. In this modification, the depth of the shallowest part of the rear end region of the first groove 51B is the depth at the rear end surface 1b of the first groove 51B.
- the depth of the shallowest portion of the rear end region of the first groove 51B may be approximately 30% of the depth of the semiconductor laser element 1B.
- the depth of the first groove 51B at the rear end surface 1b is preferably about 25 ⁇ m.
- the first groove 51B having such a shape can be formed by scanning a laser beam with a profile as shown in FIG. 13. Specifically, as shown in FIG. 13, the depth of the rear end of the first groove 51B can be made shallow by lowering the output of the laser beam before the rear end face of the bar-shaped substrate. can. In addition, in this modification, the output of the laser light is gradually lowered from this side of the rear end surface of the bar-shaped substrate toward the rear end surface.
- the laser beam when penetrating the rear end of the bar-shaped substrate can be reduced. Since the output of the bar-shaped substrate is reduced, the amount of scattered debris adhering to the outer surface of the second coat film 32 of the bar-shaped substrate can be reduced.
- the effect of relieving the stress applied to the rear side portion of the bar-shaped substrate is lower than in the first embodiment, so the defective rate of the semiconductor laser device 1B increases; We were able to keep it down to 2%.
- FIG. 14 is a perspective view of the semiconductor laser device 1C according to the second embodiment, viewed from below. Note that FIG. 14 corresponds to FIG. 2 in the first embodiment. Therefore, in FIG. 14, the n-side electrode 42 is omitted as in FIG. 2, and the widths of the first groove 51C and the second groove 52 are exaggerated.
- the first groove 51 was formed so as to penetrate through the rear end surface 1b of the semiconductor laser device 1, but as shown in FIG. 14, the semiconductor laser device according to the present embodiment In 1C, the first groove 51C is formed so as not to penetrate through the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1C.
- both ends of each of the first grooves 51C in the cavity length direction are set back from the cavity end surfaces (front end surface 1a, rear end surface 1b) of the semiconductor laser device 1C. exists in In other words, each of the first grooves 51C is formed so that both end portions in the cavity length direction do not reach the front end surface 1a and the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1C. Therefore, the front edge 51F of the first groove 51C is spaced apart from the front end surface 1a of the semiconductor laser element 1C, and the rear edge 51R of the first groove 51C is separated from the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1C. It is separated from.
- each of both ends of the first groove 51C is formed so as not to reach the first coat film 31 and the second coat film 32. That is, both ends of the first groove 51C are formed so as not to reach the front end surface 20F and the rear end surface 20R of the semiconductor stacked structure 20. Therefore, the front side edge 51F of the first groove 51C is spaced apart from the front side end surface 20F of the semiconductor stacked structure 20, and the rear side edge 51R of the first groove 51C is spaced apart from the front side end surface 20F of the semiconductor stacked structure 20. It is spaced apart from the rear end surface 20R.
- the front edge 51F of the first groove 51C and the rear edge 51R of the first groove 51C are set back from the resonator end face of the semiconductor laser device 1C.
- the quantities are different.
- the amount of retreat of the rear edge 51R of the first groove 51C is smaller than the amount of retreat of the front edge 51F of the first groove 51C. That is, the distance between the rear edge 51R of the first groove 51C and the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1C is the distance between the front edge 51F of the first groove 51C and the front end surface 1a of the semiconductor laser element 1C. It is shorter than .
- the position of the boundary between the bottom of the first groove 51C and the region 51RS at the rear end of the bottom of the first groove 51 (lower edge 51RB of the bottom of the first groove 51C on the rear side) and the semiconductor laser element The distance between the rear end surface 1b is the distance between the bottom of the first groove 51C and the region 51FS at the front end of the bottom of the first groove 51 (lower edge 51FB of the first groove 51 on the front side) and the semiconductor laser element. It is shorter than the distance of the front end surface 1a.
- the distance between the rear edge 51R of the first groove 51C and the rear end surface 20R of the semiconductor laminated structure is equal to the distance between the front edge 51F of the first groove 51C and the front end surface of the semiconductor laminated structure. It is shorter than the distance of 20F.
- the semiconductor laser device 1C configured in this manner can be formed by the same method as in the first embodiment.
- the first groove 51C having the shape shown in FIG. 14 can be formed by scanning the laser beam with a profile as shown in FIG. .
- the first groove 51C is prevented from penetrating the rear end surface of the bar-shaped substrate. do.
- the distance between the rear edge 51R of the first groove 51C and the rear end surface of the bar-shaped substrate is the distance between the front edge 51F of the first groove 51C and the front edge surface of the bar-shaped substrate.
- the first groove 51C is formed so as to be shorter than the first groove 51C. Further, the distance between the lower edge 51RB on the rear side of the bottom of the groove and the rear end surface 1b of the semiconductor laser element is made shorter than the distance between the lower edge 51FB on the front side of the bottom of the groove and the front end surface 1a of the semiconductor laser element. A first groove 51C is formed in the first groove 51C. In addition, the distance between the rear edge 51R of the first groove 51C and the rear end surface 20R of the semiconductor laminated structure is equal to the distance between the front edge 51F of the first groove 51C and the front edge surface of the semiconductor laminated structure. The first groove 51C is formed to be shorter than the distance 20F.
- the first groove 51C By forming the first groove 51C in such a shape, even if the second coat film 32 is thicker than the first coat film 31 on the rear end surface of the bar-shaped substrate, the first groove 51C can be formed.
- stress applied to the rear side portion of the bar-shaped substrate can be alleviated. Thereby, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks or chipping on the rear end surface 1b of the semiconductor laser device 1C obtained by dividing the bar-shaped substrate.
- the semiconductor laser device 1C when the first groove 51C is formed by laser scribing, the first groove 51C does not penetrate through the rear end surface of the bar-shaped substrate. Compared to this, it is possible to suppress debris from adhering to the outer surface of the second coat film 32 of the bar-shaped substrate.
- the laser beam from the front side to the rear side of the bar-shaped substrate 4.
- the first groove 51C without penetrating the second coat film 32, it is possible to further prevent debris from adhering to the outer surface of the second coat film 32 of the bar-shaped substrate 4 than in the first embodiment. It can be suppressed.
- the rear side of the first groove 51C can be It is also possible to stabilize the shape of the end surface 51RS.
- the effect of relieving the stress applied to the rear-side portion of the bar-shaped substrate is more effective than in the first embodiment. It gets lower. Therefore, although the defective rate of the semiconductor laser element 1C was higher than that of the first embodiment, the defective rate could be suppressed to 4%.
- the output at the start of laser light irradiation is unstable. Therefore, similarly to the first embodiment, when forming the first groove 51C by laser scribing, the laser beam is scanned from the front side to the rear side of the bar-shaped substrate. As a result, in FIG. 14 and the like, the surface roughness of the region 51FS at the front end of the bottom of the first groove 51C is made larger than the surface roughness of the region 51RS at the rear end of the bottom of the first groove 51C. can do. That is, the surface roughness of the region 51RS at the rear end of the first groove 51C is smaller than the surface roughness of the region 51FS at the front end of the first groove 51C. In this embodiment, in FIG.
- the maximum height roughness of the region 51RS at the rear end of the first groove 51C is 13 ⁇ m, whereas the region 51FS at the front end of the first groove 51C The maximum height roughness was 30 ⁇ m.
- the rear side portion of the bar-shaped substrate can be The distribution of such stress can be made gentle. In other words, local concentration of stress can be reduced. As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracks caused by abnormal stress.
- the rear edge 51R of the first groove 51C is formed so as not to reach the second coat film 32, but the present invention is not limited to this.
- the rear edge 51R of the first groove 51D may be formed to reach the second coat film 32. That is, the first groove 51D may be formed by cutting part of the second coat film 32 with a laser scribe. In this case, the distance between the rear edge 51R of the first groove 51D and the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1D is shorter than the thickness of the second coat film 32.
- the first groove 51D having such a shape can be formed by scanning a laser beam with a profile as shown in FIG. 17. Specifically, as shown in FIG. 17, by reducing the laser output to zero immediately before the rear end surface of the bar-shaped substrate, the rear end 51R of the first groove 51D is coated with the second coating film 32. It can be located in the middle. Specifically, the scribing end point is set immediately before the rear end surface of the bar-shaped substrate (the outer surface of the second coat film 32). Furthermore, this structure can be easily formed by narrowing the beam diameter of the laser beam. For example, by setting the beam diameter to 0.3 ⁇ m, the rear edge 51R of the first groove 51D can be formed at a distance of about 0.3 ⁇ m from the rear end surface 1b of the semiconductor laser element 1D.
- the first grooves 51 to 51D are formed on one surface (front surface) of the substrate 10, but the present invention is not limited to this.
- the first groove 51E may be formed on the other surface of the substrate 10, as in the semiconductor laser device 1E shown in FIG.
- the first groove 51E may be formed from the upper surface of the semiconductor stacked structure 20 of the semiconductor laser element 1E toward the substrate 10.
- the debris generated when forming the first groove 51E includes not only the elements forming the substrate 10 and the second coat film 32 but also the elements forming the semiconductor stacked structure 20.
- the debris includes elemental metals such as gallium (Ga), aluminum (Al), and indium (In), and/or inorganic compounds such as aluminum nitride, aluminum oxide, and silicon dioxide.
- elemental metals such as gallium (Ga), aluminum (Al), and indium (In)
- inorganic compounds such as aluminum nitride, aluminum oxide, and silicon dioxide.
- the waveguide in the semiconductor laser device 1 is the ridge portion 20a, but the waveguide is not limited to this.
- the waveguide in the semiconductor laser device 1 may not have a ridge stripe structure consisting of the ridge portion 20a, but may have an electrode stripe structure consisting only of divided electrodes, or an embedded current block structure using a current blocking layer. It may also be a constricted structure or the like.
- the present invention is not limited to this.
- the present disclosure can be applied to cases where semiconductor materials other than nitride-based semiconductor materials are used.
- the semiconductor laser device according to the present disclosure is useful as a light source device for various products, including projectors, optical discs, vehicle headlamps, lighting devices, laser processing devices, and the like.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本開示は、半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing the semiconductor laser device.
半導体レーザ素子は、長寿命、高効率及び小型等のメリットがあるため、プロジェクタ、光ディスク、車載ヘッドランプ、照明装置又はレーザ加工装置等の様々な製品の光源に用いられている。近年、半導体レーザ素子として、紫外から青色までの波長帯をカバーすることができる窒化物系半導体レーザの研究開発が進められている。 Semiconductor laser elements have advantages such as long life, high efficiency, and small size, so they are used as light sources for various products such as projectors, optical disks, vehicle headlamps, lighting devices, and laser processing equipment. In recent years, research and development of nitride-based semiconductor lasers, which can cover a wavelength range from ultraviolet to blue, has been progressing as a semiconductor laser element.
半導体レーザ素子は、ウエハの上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板を分割することで複数のバー状基板(半導体レーザバー)を切り出し、さらに、このバー状基板を複数に分割して個片化することで作製することができる。このような分割工程においては、予定の分割線から逸れて分割されてしまったり一部が欠けてしまったりする等の不具合が発生する。 Semiconductor laser devices are manufactured by cutting out a plurality of bar-shaped substrates (semiconductor laser bars) by dividing a semiconductor multilayer substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked on a wafer, and then dividing the bar-shaped substrate into a plurality of individual pieces. It can be made by cutting into pieces. In such a dividing process, problems occur such as divisions deviating from the planned dividing line or parts missing.
特に、窒化物系半導体レーザは、光ピックアップ又は光通信で使われていた砒化ガリウム系レーザとは異なり、分割工程においては、劈開面ではない結晶面で分割を行っているため、予定の分割線から逸れて分割されてしまったり一部が欠けたりする等の不具合が発生しやすい。 In particular, unlike gallium arsenide lasers used in optical pickups or optical communications, nitride semiconductor lasers are split at crystal planes rather than cleavage planes in the splitting process, so the planned splitting line Problems such as deviating from the target and splitting or parts being chipped are likely to occur.
そこで、従来、ガイド溝を用いてウエハを分割して半導体レーザ素子を作製する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、複数の半導体層が積層されたウエハの裏面にレーザ光を照射して分割用の溝を形成することで、ウエハを分割する方法が開示されている。
Therefore, a technique has conventionally been proposed in which semiconductor laser devices are manufactured by dividing a wafer using guide grooves. For example,
しかしながら、特許文献1に開示された方法を用いたとしても、ウエハの上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板を分割したバー状基板をさらに複数に分割して半導体レーザ素子に個片化する工程において、半導体レーザ素子にクラックが発生したりチッピングが発生したりして、半導体レーザ素子の信頼性が低下するという課題がある。
However, even if the method disclosed in
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、信頼性が高い半導体レーザ素子及びその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。 The present disclosure has been made to solve such problems, and aims to provide a highly reliable semiconductor laser device and a method for manufacturing the semiconductor laser device.
上記目的を達成するために、本開示に係る第1の半導体レーザ素子の一態様は、基板の一方の面に形成された半導体積層構造体と、前記半導体積層構造体のフロント側の端面に形成された第1コート膜と、前記半導体積層構造体のリア側の端面に形成された第2コート膜と、を備え、前記第2コート膜の膜厚は、前記第1コート膜の膜厚より厚く、前記半導体レーザ素子の側面に、前記半導体レーザ素子の共振器長方向に沿って延在する溝が前記側面を切り欠くように形成されており、前記溝のフロント側の端縁は、前記半導体レーザ素子の前端面から離間しており、前記溝のリア側の端縁は、前記半導体レーザ素子の後端面に位置している。 In order to achieve the above object, one embodiment of a first semiconductor laser element according to the present disclosure includes a semiconductor stacked structure formed on one surface of a substrate, and a semiconductor stacked structure formed on a front end surface of the semiconductor stacked structure. and a second coat film formed on the rear side end surface of the semiconductor laminated structure, the second coat film having a thickness greater than that of the first coat film. A groove extending along the cavity length direction of the semiconductor laser element is formed on a side surface of the semiconductor laser element so as to cut out the side surface, and the front edge of the groove is formed on the side surface of the semiconductor laser element. The groove is spaced apart from the front end surface of the semiconductor laser element, and the rear edge of the groove is located at the rear end surface of the semiconductor laser element.
また、本開示に係る第2の半導体レーザ素子の一態様は、基板の一方の面に形成された半導体積層構造体と、前記半導体積層構造体のフロント側の端面に形成された第1コート膜と、前記半導体積層構造体のリア側の端面に形成された第2コート膜と、を備え、前記第2コート膜の膜厚は、前記第1コート膜の膜厚より厚く、前記半導体レーザ素子の側面に、前記半導体レーザ素子の共振器長方向に沿って延在する溝が前記側面を切り欠くように形成されており、前記溝のフロント側の端縁は、前記半導体レーザ素子の前端面から離間しており、前記溝のリア側の端縁は、前記半導体レーザ素子の後端面から離間しており、前記リア側の端縁と前記後端面との距離は、前記フロント側の端縁と前記前端面との距離よりも短い。 Further, one aspect of a second semiconductor laser element according to the present disclosure includes a semiconductor stacked structure formed on one surface of a substrate, and a first coat film formed on a front end surface of the semiconductor stacked structure. and a second coat film formed on the rear end face of the semiconductor laminated structure, the second coat film being thicker than the first coat film, and the semiconductor laser element A groove extending along the cavity length direction of the semiconductor laser element is formed in a side surface of the semiconductor laser element so as to cut out the side surface, and a front edge of the groove is formed on the front end surface of the semiconductor laser element. The rear end edge of the groove is spaced apart from the rear end surface of the semiconductor laser element, and the distance between the rear end edge and the rear end surface is equal to the front end edge. and the front end surface.
また、本開示に係る半導体レーザ素子の製造方法の一態様は、基板の一方の面に複数の半導体層を積層することで、半導体積層構造体を有する半導体積層基板を作製する工程と、前記半導体積層基板を分割することで、複数のバー状基板を作製する工程と、前記複数のバー状基板の各々において、前記半導体積層構造体のフロント側の端面に第1コート膜を形成する工程と、前記複数のバー状基板の各々において、前記半導体積層構造体のリア側の端面に第2コート膜を形成する工程と、前記第1コート膜及び前記第2コート膜が形成された前記バー状基板にレーザ光を照射して溝を形成する工程と、前記溝に沿って前記バー状基板を切断することで、前記バー状基板を複数の半導体レーザ素子に分割する工程とを含み、前記溝を形成する工程では、前記バー状基板のフロント側からリア側に向かって前記レーザ光を走査する。 Further, one aspect of the method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present disclosure includes the steps of: manufacturing a semiconductor multilayer substrate having a semiconductor multilayer structure by stacking a plurality of semiconductor layers on one surface of a substrate; a step of manufacturing a plurality of bar-shaped substrates by dividing a multilayer substrate; a step of forming a first coat film on a front end surface of the semiconductor multilayer structure in each of the plurality of bar-shaped substrates; forming a second coat film on the rear end surface of the semiconductor laminated structure in each of the plurality of bar-shaped substrates; and the bar-shaped substrate on which the first coat film and the second coat film are formed. irradiating the bar-shaped substrate with a laser beam to form a groove; and cutting the bar-shaped substrate along the groove to divide the bar-shaped substrate into a plurality of semiconductor laser elements. In the forming step, the laser beam is scanned from the front side to the rear side of the bar-shaped substrate.
本開示によれば、製造工程中にクラック又はチッピングが発生することを抑制できるので、信頼性が高い半導体レーザ素子を得ることができる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress the occurrence of cracks or chipping during the manufacturing process, so it is possible to obtain a highly reliable semiconductor laser element.
(本開示の一態様を得るに至った経緯)
まず、本開示の実施の形態を説明することに先立ち、本開示の一態様を得るに至った経緯を説明する。
(How one aspect of the present disclosure was obtained)
First, prior to describing the embodiments of the present disclosure, the circumstances that led to one aspect of the present disclosure will be described.
一般的に、半導体レーザ素子を量産する場合、ウエハである基板の上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板を分割することで複数本のバー状基板を作製し(一次分割工程)、このバー状基板の両端面にコート膜を形成した後に、バー状基板をさらに複数に分割する個片分割を行うことで複数の半導体レーザ素子に分離する(二次分割工程)。これにより、1枚のウエハから半導体レーザ素子を複数個得ることができる。 Generally, when mass producing semiconductor laser devices, a plurality of bar-shaped substrates are created by dividing a semiconductor laminated substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked on a substrate (a wafer) (primary dividing step). After forming a coating film on both end surfaces of this bar-shaped substrate, the bar-shaped substrate is further divided into a plurality of pieces to separate into a plurality of semiconductor laser elements (secondary division step). Thereby, a plurality of semiconductor laser devices can be obtained from one wafer.
従来、バー状基板を個片分割する際、半導体積層基板又はバー状基板に予め分割用の溝(ガイド溝)を形成しておいて、この溝に沿ってバー状基板を複数に分割する方法が提案されている。この場合、特許文献1に開示された方法を用いて、分割用の溝を形成することが考えられる。具体的には、半導体積層基板又はバー状基板の裏面にレーザ光を照射することで、分割用の溝を形成することが考えられる。このとき、溝を形成する際のレーザ光によって半導体レーザ素子の共振器端面が熱損傷を受けないようにするために、溝の共振器方向の端部が共振器端面から後退した位置となるようにレーザ光を照射する。つまり、バー状基板のフロント側及びリア側の共振器端面となる位置まで分割用の溝が到達しないようにレーザ光を照射している。
Conventionally, when dividing a bar-shaped substrate into individual pieces, a dividing groove (guide groove) is formed in advance in the semiconductor laminated substrate or bar-shaped substrate, and the bar-shaped substrate is divided into a plurality of pieces along the groove. is proposed. In this case, it is conceivable to form the dividing groove using the method disclosed in
しかしながら、このような方法によって本願発明者らが実際に半導体レーザ素子を作製してみたところ、バー状基板を複数に分割する個片分割工程において、半導体レーザ素子にクラックが生じることが分かった。この点について、以下詳細に説明する。 However, when the inventors of the present invention actually produced a semiconductor laser device using such a method, it was found that cracks were generated in the semiconductor laser device during the individual piece division step of dividing the bar-shaped substrate into a plurality of pieces. This point will be explained in detail below.
図19に示すように、基板10Xの裏面に分割用の溝51Xが形成されたバー状基板3Xを粘着シート101と保護フィルム102とで挟んで、分割用の溝51Xに対応する位置においてバー状基板3Xの上からカッター等の刃状治具103を順次押し込んでいく。これにより、バー状基板3Xを複数に分割して、複数の半導体レーザ素子1Xを得ることができる。
As shown in FIG. 19, a bar-
このとき、得られた半導体レーザ素子1Xを観察すると、図20に示すように、半導体レーザ素子1Xにおける共振器端面と側面との角部において、基板10Xと半導体積層構造体20Xとの界面近傍からリッジ部20aの下方に向かって斜め上方に伸びるクラック90Xが発生することが分かった。このように、クラック90Xがリッジ部20aの下方にまで延在すると、半導体レーザ素子1Xの信頼性が低下することになる。
At this time, when observing the obtained
図20は、特許文献1の方法によって作製したときの比較例の半導体レーザ素子1Xの構成を示す図である。図20において、(a)は、半導体レーザ素子1Xの上面図であり、(b)は、(a)のb-b線における断面図であり、(c)は、(a)のc-c線における断面図である。図20の(d)は、端面の第2コート膜32Xを省略して半導体レーザ素子1Xを後端面側から見たときの側面図である。また、図20における太線は、半導体レーザ素子1Xに発生したクラック90Xを示しており、図20の(a)におけるドットのハッチング領域は、クラック90Xが発生した領域を示している。なお、半導体積層構造体20Xは、リッジ部20a上に開口を有する絶縁膜60で覆われるとともにパッド電極70で覆われている。
FIG. 20 is a diagram showing the configuration of a
得られた複数の半導体レーザ素子1Xを調べてみると、図20の(a)に示すように、クラック90Xは、三角形の面状に広がって発生することが分かった。具体的には、図20の(b)及び(d)に示すように、発生する多くのクラック90Xは、半導体レーザ素子1Xの共振器長方向に直交する断面では、半導体積層構造体20Xの側面から、まず溝51X近傍では斜め上方にクラックが進行した後、溝51Xから離れたところでは基板10Xの主面に対して約1.5°の角度でやや斜め上方に向かって伸びるとともに、半導体レーザ素子1Xの側面と平行な断面では、半導体積層構造体20Xの端面から基板10Xの主面に対して約16°の角度で斜め上方に向かって伸びることが分かった。さらに、多くのクラック90Xは、半導体積層構造体20Xの表面のうち最も基板10X側に位置する部分(図20(d)では、分離補助溝52Xの上面)から2μm程度下方の部分を起点にして発生することも分かった。しかも、クラック90Xは、特に半導体レーザ素子1Xの後端面側に多く発生することも分かった。
When the plurality of
なお、刃状治具103(図19参照)により分割された左右2つの半導体レーザ素子1Xは、いずれにおいても、左側の側面を起点にクラック90Xが発生することが多かったが、右側の側面を起点にクラック90Xが発生することもあった。また、クラック90Xは、上面視において、溝51Xに重なる位置まで伸びていないが、溝51Xに重なる位置まで伸びる場合もあった。
In addition, in both the left and right
また、バー状基板を分割する分割工程において、半導体レーザ素子1Xのリア側の共振器端面にチッピングが生じる場合があることも分かった。具体的には、バー状基板を分割する分割工程では、バー状基板の上にSiO2等の保護部材を載置することがあるが、この場合、半導体レーザ素子のリッジ部20aに分割時の応力がかかってリッジ部に欠けが発生することがある。
It has also been found that, in the dividing step of dividing the bar-shaped substrate, chipping may occur on the rear cavity end face of the
本願発明者らは、半導体レーザ素子のリア側の共振器端面に、クラック90Xが発生したりチッピングが発生したりする原因について検討した。
The inventors of the present invention have investigated the causes of
その結果、個片分割するための分割用の溝51Xを基板10Xに形成し、その分割用の溝51Xをフロント側及びリア側の共振器端面となる位置まで達しないように形成したことが、その原因の一つであると推測した。つまり、溝51Xの両端部を共振器端面から後退した位置に形成することで、フロント側及びリア側の共振器端面近傍が割れにくくなったことが原因の一つであると推測した。
As a result, the dividing
また、共振器端面のリア側に形成する第2コート膜32Xの膜厚が、共振器端面のフロント側に形成する第1コート膜31Xの膜厚よりも大きいことも、原因の一つであると推測した。つまり、レーザ光を前方に出射させるために、リア側の第2コート膜32Xの反射率をフロント側の第1コート膜31Xの反射率よりも高くする必要があるので、リア側の第2コート膜32Xの膜厚は、フロント側の第1コート膜31Xの膜厚に比べて厚くなっている(例えば約8倍程度)。この結果、リア側の共振器端面近傍がフロント側の共振器端面に比べて割れにくくなっている。
Another cause is that the thickness of the
このように、分割用の溝51Xの両端部を共振器端面から後退した位置に形成するとともに、リア側の第2コート膜32Xの膜厚をフロント側の第1コート膜31Xの膜厚よりも厚くしたことで、リア側の共振器端面近傍が割れにくくなったと考えられる。その結果、バー状基板を複数に分割して半導体レーザ素子1Xを作製する分割工程において、半導体レーザ素子1Xのリア側の共振器端面にクラック90Xが発生したりチッピングが発生したりしたと考えられる。
In this way, both ends of the dividing
そこで、このような課題に対して、本願発明者らが鋭意検討した結果、バー状基板を複数に分割する分割工程において、バー状基板のリア側の共振器端面にかかる応力を緩和できる構造及び方法を見出した。 Therefore, as a result of intensive studies by the inventors of the present invention, we have developed a structure and a structure that can alleviate the stress applied to the resonator end face on the rear side of the bar-shaped substrate during the dividing process of dividing the bar-shaped substrate into a plurality of parts. I found a way.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ(工程)及びステップの順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the embodiments described below each represent a specific example of the present disclosure. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components, steps (processes) and order of steps, etc. shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present disclosure. That's not the point. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims representing the most important concept of the present disclosure will be described as arbitrary constituent elements.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Furthermore, each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, the scale etc. in each figure are not necessarily the same. In each figure, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping explanations will be omitted or simplified.
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)及び下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。 Furthermore, in this specification, the terms "upper" and "lower" do not refer to the upper direction (vertically upward) or the lower direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but are based on the stacking order in the stacked structure. Used as a term defined by the relative positional relationship. Additionally, the terms "above" and "below" are used not only when two components are spaced apart and there is another component between them; This also applies when they are placed in contact with each other.
(実施の形態1)
まず、実施の形態1に係る半導体レーザ素子1の構成について、図1~図5を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る半導体レーザ素子1を上方から見たときの斜視図である。図2は、実施の形態1に係る半導体レーザ素子1を下方から見たときの斜視図である。なお、図2では、n側電極42を省略し、また、第1溝51や第2溝52の幅を誇張して図示している。図3は、実施の形態1に係る半導体レーザ素子1の上面図である。図4A及び図4Bは、実施の形態1に係る半導体レーザ素子1の断面図である。図4Aは、図3のIVA-IVA線における断面図であり、図4Bは、図3のIVB-IVB線における断面図である。図5は、実施の形態1に係る半導体レーザ素子1の側面図である。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the
図1~図3に示すように、半導体レーザ素子1は、各々が共振器端面である前端面1a及び後端面1bと、各々が共振器端面に交差する面である第1側面1c及び第2側面1dとを有する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
前端面1aは、半導体レーザ素子1から、レーザ光が主に出射する共振器端面である。後端面1bは、半導体レーザ素子1の前端面1aと反対側の共振器端面である。前端面1aと後端面1bとは、一対の共振器端面として、互いに対向している。後端面1bは、前端面1aとは反対側の端面である。
The
第1側面1cは、半導体レーザ素子1の側方の一方の面である。第2側面1dは、半導体レーザ素子1の側方の他方の面である。第1側面1cと第2側面1dとは、一対の側面として、互いに対向している。第1側面1c及び第2側面1dは、前端面1a及び後端面1bに直交する面である。
The
図1~図5に示すように、半導体レーザ素子1は、基板10と、基板10の一方の面である上面に形成された半導体積層構造体20とを有する。半導体積層構造体20は、複数の半導体層が積層された構造であり、PN接合部を有する。
As shown in FIGS. 1 to 5, the
本実施の形態における半導体レーザ素子1は、窒化物系半導体材料によって構成された窒化物半導体レーザである。したがって、半導体積層構造体20は、各々が窒化物系半導体材料を用いて作製された複数の窒化物半導体層が積層された窒化物半導体積層体である。具体的には、半導体レーザ素子1は、GaN系の窒化物半導体レーザである。半導体レーザ素子1から出射するレーザ光は、例えば、紫外から青色までの波長帯域の光である。
The
半導体レーザ素子1は、前端面1aと後端面1bとを共振器反射ミラーとする光導波路を有する。具体的には、半導体積層構造体20が光導波路を有する。光導波路は、半導体レーザ素子1の共振器長方向に沿って延在している。図3、図4A及び図4Bに示すように、本実施の形態では、半導体積層構造体20には、光導波路としてリッジ部20aが形成されている。したがって、リッジ部20aは、半導体レーザ素子1の共振器長方向に沿って延在するように形成されている。リッジ部20aは、凸状であり、半導体積層構造体20を掘り込むことで形成されている。なお、半導体レーザ素子1は、共振器長方向に長尺をなす形状になっている。半導体レーザ素子1の共振器長方向の長さは、一例として、800μm以上であり、本実施の形態では、1200μmである。
The
半導体レーザ素子1では、前端面1aと後端面1bとによってレーザ共振器が形成されている。このため、後端面1bを鏡面構造(例えば反射率90%以上)にしなければならず、後端面1bの反射率は、前端面1aよりも反射率が高くなっている。一例として、前端面1aの反射率は、5%であり、後端面1bの反射率は、95%である。
In the
具体的には、図1~図3に示すように、半導体レーザ素子1のフロント側(前方側)には、第1反射膜となる第1コート膜31が形成されている。また、半導体レーザ素子1のリア側(後方側)には、第2反射膜となる第2コート膜32が形成されている。本実施の形態において、半導体レーザ素子1の前端面1aは、第1コート膜31の外面であり、半導体レーザ素子1の後端面1bは、第2コート膜32の外面である。
Specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, a
第1コート膜31は、半導体積層構造体20のフロント側の端面20Fに形成されており、第2コート膜32は、半導体積層構造体20のリア側の端面20Rに形成されている。半導体レーザ素子1の後端面1bの反射率を半導体レーザ素子1の前端面1aの反射率よりも高くするために、第2コート膜32の反射率は、第1コート膜31の反射率よりも高くなっている。一例として、第1コート膜31の反射率は、5%であり、第2コート膜32の反射率は、95%である。
The
また、第2コート膜32の反射率を第1コート膜31の反射率よりも高くするために、リア側の第2コート膜32の膜厚は、フロント側の第1コート膜31の膜厚よりも厚くなっている。例えば、第2コート膜32の膜厚は、第1コート膜31の膜厚の2倍以上であり、本実施の形態では、約8倍になっている。一例として、第1コート膜31の膜厚は、100nm~400nmであり、第2コート膜32の膜厚は、700nm~1400nmである。言い換えると、第1コート膜31の膜厚と第2コート膜32の膜厚との差は、300nm~1300nmである。
In addition, in order to make the reflectance of the
第1コート膜31及び第2コート膜32は、複数の誘電体膜が積層された誘電体多層膜によって構成されている。第1コート膜31及び第2コート膜32は、例えば、Al2O3膜、AlON膜、SiO2膜及びSiN膜等から誘電体膜を複数種類組み合わせた誘電体多層膜である。なお、第1コート膜31及び第2コート膜32を構成する誘電体膜は、結晶膜に限らず、アモルファス膜であってもよい。
The
基板10は、GaNやSiC等からなる半導体基板、又は、サファイア基板等の絶縁基板である。基板10は、例えば、六方晶系GaN単結晶からなるn型GaN基板である。本実施の形態では、基板10として、主面が(0001)面であるn型GaN基板を用いている。
The
図4A及び図4Bに示すように、半導体積層構造体20は、基板10の上に、n側の第1半導体層21と、活性層22と、p側の第2半導体層23とを順に有する。活性層22は、半導体積層構造体20におけるPN接合部である。第1半導体層21、活性層22及び第2半導体層23は、有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD)法を用いて、窒化物系半導体材料をエピタキシャル成長させることで形成することができる。第1半導体層21、活性層22及び第2半導体層23の各々は、例えば、以下のように構成される。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the semiconductor stacked
第1半導体層21は、少なくともn型クラッド層を含む。本実施の形態において、第1半導体層21は、n型クラッド層を含むn側クラッド層と、n側クラッド層の上に形成されたn側光ガイド層とを有する。n側クラッド層及びn側ガイド層は、単層及び複数層のいずれであってもよい。
The
一例として、n側クラッド層は、シリコンがドープされたAlGaNからなるn型クラッド層であるn-AlGaN層を含む。なお、n側クラッド層は、n-AlGaN層とun-AlGaN層との積層構造であってもよい。 As an example, the n-side cladding layer includes an n-AlGaN layer that is an n-type cladding layer made of AlGaN doped with silicon. Note that the n-side cladding layer may have a stacked structure of an n-AlGaN layer and an un-AlGaN layer.
n側光ガイド層は、アンドープのInGaNからなる光ガイド層(un-InGaN層)を含む。なお、n側ガイド層は、un-InGaN層とn-GaN層との積層構造であってもよい。 The n-side optical guide layer includes an optical guide layer (un-InGaN layer) made of undoped InGaN. Note that the n-side guide layer may have a stacked structure of an un-InGaN layer and an n-GaN layer.
活性層22は、量子井戸活性層である。活性層22は、アンドープのInGaNからなるウェル層(井戸層)と、アンドープのInGaNからなるバリア層(障壁層)とが交互に積層された積層構造である。活性層22は、単一量子井戸構造(SQW;Single Quantum Well)及び多重量子井戸構造(MQW;multi quantum well)のいずれであってもよい。本実施の形態において、活性層22は、InGaNからなるバリア層と、InGaNからなるウェル層と、InGaNからなるバリア層と、InGaNからなるウェル層と、InGaNからなるバリア層との5層構造である。
The
第2半導体層23は、少なくともp型クラッド層を含む。本実施の形態において、第2半導体層23は、p側光ガイド層と、p側光ガイド層の上に形成されたOFS層(オーバーフロー抑制層)と、OFS層の上に形成され、p型クラッド層を含むp側クラッド層と、p側クラッド層の上に形成されたコンタクト層とを有する。p側光ガイド層、OFS層、p側クラッド層及びコンタクト層は、単層及び複数層のいずれであってもよい。
The
一例として、p側光ガイド層は、アンドープのInGaNからなるun-InGaN層を含む。なお、p側光ガイド層は、un-InGaN層とun-GaN層との積層構造であってもよい。 As an example, the p-side optical guide layer includes an un-InGaN layer made of undoped InGaN. Note that the p-side optical guide layer may have a laminated structure of an un-InGaN layer and an un-GaN layer.
OFS層は、不純物としてマグネシウムがドープされたAlGaNからなるp-AlGaN層である。 The OFS layer is a p-AlGaN layer made of AlGaN doped with magnesium as an impurity.
p側クラッド層は、不純物としてマグネシウムがドープされたp型クラッド層であるp-AlGaN層を含む。なお、p側クラッド層は、p-AlGaN層とun-AlGaN層との積層構造であってもよい。 The p-side cladding layer includes a p-AlGaN layer that is a p-type cladding layer doped with magnesium as an impurity. Note that the p-side cladding layer may have a stacked structure of a p-AlGaN layer and an un-AlGaN layer.
コンタクト層は、不純物としてマグネシウムがドープされたGaNからなるp型コンタクト層であるp-GaN層を含む。なお、コンタクト層は、不純物濃度が異なるp+-GaN層とP--GaN層との積層構造であってもよい。 The contact layer includes a p-GaN layer that is a p-type contact layer made of GaN doped with magnesium as an impurity. Note that the contact layer may have a stacked structure of a p + -GaN layer and a P - -GaN layer having different impurity concentrations.
このように構成される半導体積層構造体20には、リッジ部20aとリッジ部20aの根元から横方向に広がる平坦部20bとが形成されている。半導体積層構造体20をエッチングにより掘り込むことで、リッジ部20aと平坦部20bとを形成することができる。本実施の形態では、第2半導体層23を掘り込んでいる。つまり、リッジ部20aと平坦部20bとは、第2半導体層23に形成されている。具体的には、リッジ部20aは、p側クラッド層とコンタクト層とに形成されている。一例として、リッジ部20aは、p側クラッド層に形成された凸部と、凸部の上に形成されたコンタクト層とによって構成されており、リッジ部20aの最上層はコンタクト層になっている。また、平坦部20bは、p側クラッド層に形成されている。平坦部20bの平坦面は、p側クラッド層の表面である。
The semiconductor laminated
リッジ部20aの幅及び高さは、特に限定されるものではないが、一例として、リッジ部20aのリッジ幅(ストライプ幅)は1μm以上100μm以下であり、リッジ部20aの高さは100nm以上1000nm以下である。なお、コンタクト層の幅は、リッジ部20aのリッジ幅と同じであるが、これに限らない。
The width and height of the
また、本実施の形態では、半導体積層構造体20を掘り込むことで、半導体積層構造体20には、さらに凸状のウイング部20cが形成されている。つまり、半導体積層構造体20は、凸状構造として、リッジ部20aとウイング部20cとを有する。上記のように、本実施の形態では、第2半導体層23を掘り込んでいる。したがって、ウイング部20cは、第2半導体層23によって構成されており、ウイング部20cの高さはリッジ部20aと同じである。具体的には、ウイング部20cは、リッジ部20aと同様に、p側クラッド層とコンタクト層とによって構成されている。なお、リッジ部20aとウイング部20cの上面は、いずれも平面である。
Furthermore, in the present embodiment, a
図4A及び図4Bに示すように、ウイング部20cは、リッジ部20aの両側に形成されている。つまり、半導体積層構造体20は、一対のウイング部20cを有する。リッジ部20aは、平坦部20bを介して一対のウイング部20cに挟まれている。一対のウイング部20cは、リッジ部20aと同様に、半導体レーザ素子1の共振器長方向に沿って延在している。このように、リッジ部20aの両側にウイング部20cを設けることによって、半導体レーザ素子1をジャンクションダウンで実装する時に、リッジ部20aにかかる圧力を低減することができる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
一対のウイング部20cの各々の幅は、リッジ部20aの幅と同じであってもよいし、リッジ部20aの幅と異なっていてもよい。例えば、ウイング部20cの幅は、リッジ部20aの幅よりも大きくなっていてもよい。また、一対のウイング部20cの幅は、互いに同じであるが、異なっていてもよい。
The width of each of the pair of
図4A及び4Bに示すように、第2半導体層23のリッジ部20aの上にはp側電極41が形成されている。具体的には、p側電極41は、コンタクト層の上に形成されている。本実施の形態において、p側電極41は、リッジ部20aの上面のみに形成されている。p側電極41の幅は、リッジ部20aの幅と同じであるが、リッジ部20aの幅よりも狭くなっていてもよい。
As shown in FIGS. 4A and 4B, a p-
p側電極41は、例えば、Pt、Ti、Cr、Ni、Mo及びAu等の金属材料を少なくとも1つ以上用いて形成されている。p側電極41は、単層及び複数層のいずれであってもよい。本実施の形態において、p側電極41は、Pdからなる膜厚40nmのPd層とPtからなる膜厚35nmのPt層との2層構造の電極である。なお、p側電極41の上には、パッド電極70が形成されている。一例として、パッド電極70は、Pt層、Ti層及びAu層の積層構造である。
The p-
一方、基板10の他方の面である下面(裏面)には、n側電極42が形成されている。n側電極42は、半導体基板である基板10とオーミック接触するオーミック電極である。n側電極42は、例えば、Cr、Ti、Ni、Pd、Pt、Au及びGe等の金属材料を少なくとも1つ以上用いて形成されている。また、n側電極42は、単層及び複数層のいずれであってもよい。
On the other hand, an n-
図4A及び図4Bに示すように、半導体積層構造体20は、リッジ部20aの上のp側電極41を除き、SiO2又はSiN等の誘電体膜からなる絶縁膜60で覆われている。具体的には、絶縁膜60は、リッジ部20aの上面を除き、第2半導体層23を覆うように形成されている。つまり、絶縁膜60は、コンタクト層のリッジ部20aの上に開口を有するように形成されている。絶縁膜60は、電流ブロック膜として機能する。したがって、絶縁膜60の開口は、電流が通過する電流注入窓となる。なお、絶縁膜60は、半導体積層構造体20の側面にまで形成されていてもよい。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the semiconductor stacked
また、p側電極41の上にはパッド電極70が形成されている。パッド電極70は、p側電極41に接触している。本実施の形態において、パッド電極70は、リッジ部20aよりも幅広であって、ウイング部20cの上にまで形成されている。つまり、パッド電極70は、リッジ部20a、平坦部20b及びウイング部20cを覆うように、絶縁膜60の上に形成されている。パッド電極70は、例えばAu等の金属材料によって構成されている。また、パッド電極70は、Ti等からなる密着補助層を介して形成されていてもよい。この場合、密着補助層もパッド電極70の一部であってもよい。
Further, a
このように構成される半導体レーザ素子1には、複数の溝が形成されている。具体的には、図1~図5に示すように、半導体レーザ素子1には、複数の溝として、第1溝51及び第2溝52が形成されている。
A plurality of grooves are formed in the
第1溝51は、ウエハの上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板を分割した後の複数のバー状基板の各々を個片分割する際のガイド溝である。第1溝51は、スクライブ溝であり、例えば、基板10の裏面にレーザ光を照射することで形成することができる。このように、第1溝51を基板10の上面ではなく下面(裏面)に形成することで、個片分割時にバー状基板にかかる応力を軽減できるので、クラックの発生を抑制することができる。なお、図1及び図2において、第1溝51は、角を有する(境界が面で構成される)ように図示されているが、第1溝51はレーザ光により形成されたレーザスクライブ溝であるので、実際には角が無くなだらかに形成される。
The
図1及び図2に示すように、第1溝51は、半導体レーザ素子1の共振器方向に延在するように形成されている。また、第1溝51は、半導体レーザ素子1の一対の側面の各々に形成されている。一対の第1溝51の各々は、半導体レーザ素子1の側面を切り欠くように形成されている。具体的には、一対の第1溝51の一方は、半導体レーザ素子1の第1側面1cを切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。また、一対の第1溝51の他方は、半導体レーザ素子1の第2側面1dを切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本実施の形態において、一対の第1溝51は、基板10の側面に形成されている。具体的には、一対の第1溝51の一方は、第1側面1cに対応する基板10の一方の側面を切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。また、一対の第1溝51の他方は、第2側面1dに対応する基板10の他方の側面を切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。具体的には、一対の第1溝51の各々は、船形形状である。
In this embodiment, the pair of
また、第1溝51は、半導体レーザ素子1の裏側に形成されている。具体的には、第1溝51は、基板10の一方の面とは反対側の他方の面(つまり裏面)に形成されている。したがって、一対の第1溝51の各々は、基板10の裏面から半導体レーザ素子1の側面を切り欠くように形成されている。本実施の形態において、第1溝51の底は、基板10の内部に位置している。つまり、第1溝51は、基板10の厚み方向において、基板10の下面(裏面)から基板10の上面側の半導体積層構造体20にまで到達しないように形成されている。
Furthermore, the
このように形成された第1溝51については、フロント側の端縁51Fが半導体レーザ素子1の前端面1aから離間している。第1溝51におけるフロント側の端縁51Fは、共振器長方向における第1溝51のフロント側の最終端であって、第1溝51の任意の深さ方向において前端面1aに最も近い部分である。このように、第1溝51のフロント側の端縁51Fが半導体レーザ素子1の前端面1aから離間していることで、共振器長方向における第1溝51のフロント側の最終端は、半導体レーザ素子1の前端面1aから後退した位置に存在することになる。
Regarding the
本実施の形態では、第1溝51が基板10の裏面から形成されているので、第1溝51のフロント側の端縁51Fは、基板10の裏面と第1溝51との境界部分の最も前端面1aに近い端の部分であり、半導体積層構造体20のフロント側の端面20Fから後退した位置に存在している。したがって、第1溝51は、第1溝51のフロント側の端縁51Fが半導体積層構造体20のフロント側の端面20Fに到達しないように形成される。このため、第1溝51のフロント側の端縁51Fと半導体積層構造体20のフロント側の端面20Fとの間には、第1溝51が形成されずに半導体積層構造体20を残した部分(残しシロ)が存在している。したがって、第1溝51のフロント側の端縁51Fと半導体レーザ素子1の前端面1aとの間には、半導体積層構造体20の残しシロと第1コート膜31とが存在している。本実施の形態において、第1溝51のフロント側の端縁51Fと半導体レーザ素子1の前端面1aとの間の距離は、10μmである。
In the present embodiment, since the
なお、図2及び図5に示すように、第1溝51の底のうちフロント側の端の領域51FSは、基板面に対して傾斜している。具体的には、第1溝51の底と第1溝51のフロント側の端面51FSの境の位置をフロント側の下端縁51FBとすると、第1溝51の底のうちフロント側の端の領域51FSは、下端縁51FBから第1溝51のフロント側の端縁51Fに向かって傾斜している。つまり、本実施の形態において、第1溝51のフロント側の端縁51Fは、第1溝51の底のうちフロント側の端の領域51FSの前端面1a側の端縁になる。
Note that, as shown in FIGS. 2 and 5, a region 51FS at the front end of the bottom of the
一方、第1溝51のリア側の端縁51Rは(図2では一点鎖線で示す)、半導体レーザ素子1の後端面1bに位置している。第1溝51のリア側の端縁51Rは、共振器長方向における第1溝51のリア側の最終端である。したがって、第1溝51のリア側の端縁51Rが半導体レーザ素子1の後端面1bに位置していることで、共振器長方向における第1溝51のリア側の最終端は、半導体レーザ素子1の後端面1bから後退した位置に存在しておらず、半導体レーザ素子1の後端面1bと同じ位置になっている。このため、半導体レーザ素子1の後端面1b近傍において、第1溝51は、第1溝51のリア側の端縁51Rが半導体レーザ素子1の後端面1bに到達するように半導体レーザ素子1の後端面1bまで突き抜けるように形成される。つまり、第1溝51のリア側部分は、半導体積層構造体20も第2コート膜32も突き抜けており、共振器長方向における半導体レーザ素子1の外側に向かって開放している。
On the other hand, the
また、本実施の形態において、リア側の端の領域における第1溝51の深さは一定である。また、リア側の端の領域における第1溝51の深さと中央部における第1溝51の深さとは同じである。なお、第1溝51の深さは、基板10の裏面から第1溝51の底面までの長さである。一例として、半導体レーザ素子1の全体の厚さが85μmで、基板10の厚さが83μmである場合、第1溝51の深さは55μmで、第1溝51の溝幅は2.5μmである。
Furthermore, in this embodiment, the depth of the
第2溝52は、半導体レーザ素子1の表側に形成されている。具体的には、第2溝52は、半導体積層構造体20に形成されている。第2溝52は、エピタキシャル成長によりウエハの上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板において、積層された複数の半導体層を光導波路ごとに分離するときの分離補助溝(素子分離補助溝)である。したがって、図4A及び図4Bに示すように、第2溝52は、半導体レーザ素子1の一対の側面の各々に形成されている。具体的には、一対の第2溝52の一方は、半導体レーザ素子1の第1側面1cを切り欠くように形成されている。また、一対の第2溝52の他方は、半導体レーザ素子1の第2側面1dを切り欠くように形成されている。第2溝52は、積層された複数の半導体層をエッチングすることで形成することができる。一例として、第2溝52の幅は4μmである。第2溝52の幅は、第1溝51の溝幅より、広く形成されている。
The
本実施の形態において、一対の第2溝52の各々は、半導体積層構造体20の上面から半導体積層構造体20の側面を切り欠くように形成されている。また、第2溝52は、半導体レーザ素子1の共振器方向に延在するように形成されている。具体的には、一対の第2溝52の一方は、半導体積層構造体20の一方の側面を切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。また、一対の第2溝52の他方は、半導体積層構造体20の他方の側面を切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。本実施の形態において、一対の第2溝52は、いずれも半導体積層構造体20のフロント側の端面20Fからリア側の端面20Rにわたって形成されている。
In this embodiment, each of the pair of
第2溝52は、半導体積層構造体20の上面から積層方向に掘り込むことで形成することができる。図4A及び図4Bに示すように、第2溝52の深さは、半導体積層構造体20におけるPN接合部である活性層22の位置よりも深い。また、本実施の形態において、第2溝52の側面は、傾斜している。具体的には、第2溝52に対応する半導体レーザ素子の側面は、深さ方向に沿って裾が広がるように傾斜している。
The
次に、実施の形態1に係る半導体レーザ素子1の製造方法について、図4A及び図4Bを参照しつつ、図6を用いて説明する。図6は、実施の形態1に係る半導体レーザ素子1の製造方法における各工程を説明するための図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図6の(a)に示すように、ウエハである基板10の一方の面に複数の半導体層を積層することで、半導体積層構造体を有する半導体積層基板2を作製する(半導体積層基板作製工程)。半導体積層基板2は、ウエハである基板10の一方の面に形成された複数の導波路を有する半導体積層構造体20と、半導体積層構造体の上に形成されたp側電極41と、基板10の他方の面に形成されたn側電極42とを有する。
First, as shown in FIG. 6A, a plurality of semiconductor layers are stacked on one surface of a
半導体積層基板2を作製する場合、まず、基板10としてn型GaN基板のウエハを用意し、基板10の一方の面上の全面に、複数の窒化物半導体層を順次エピタキシャル成長させる。例えば、有機金属気相成長法(MOCVD;metal organic chemical vapor deposition)により、基板10の一方の面の上に、第1半導体層21、活性層22及び第2半導体層23を順次エピタキシャル成長させることにより半導体積層構造体20を形成する。次に、半導体積層構造体20にフォトリソグラフィ及びエッチングを施すことで半導体積層構造体20に第2溝52に対応する凹部を形成する。その後、半導体積層構造体20にフォトリソグラフィ及びエッチングを施すことで半導体積層構造体20にリッジ部20a、平坦部20b及びウイング部20cを形成する。次に、半導体積層構造体20を部分的に覆うように絶縁膜60を形成する。次に、半導体積層構造体20のリッジ部20aの上にp側電極41を形成し、その後、基板10の裏面にn側電極42を形成する。これにより、半導体積層基板2を作製することができる。
When manufacturing the semiconductor laminated substrate 2, first, a wafer of an n-type GaN substrate is prepared as the
次に、半導体積層基板2を分割することで、複数のバー状基板4を作製する。本実施の形態では、図6の(b)~(d)に示すように、半導体積層基板2を2段階で分割してバー状基板4を作製している。
Next, a plurality of bar-shaped
具体的には、まず、図6の(b)に示すように、半導体積層基板2を複数に分割することで、バー状基板(半導体レーザバー)を作製するための領域を有する短冊状の分割基板3を切り出す(基板整形工程)。 Specifically, as shown in FIG. 6(b), first, the semiconductor laminated substrate 2 is divided into a plurality of pieces to form a strip-shaped divided substrate having a region for manufacturing a bar-shaped substrate (semiconductor laser bar). Cut out 3 (substrate shaping process).
例えば、図6の(a)の一点鎖線で示される5本の分割線に沿って半導体積層基板2を切断することで、図6の(b)に示すように、4つの分割基板3を作製することができる。具体的には、半導体積層基板2を一定の方向に沿って切断することで、半導体積層基板2から4つの分割基板3を切り出すことができる。
For example, by cutting the semiconductor multilayer substrate 2 along the five dividing lines shown by the dashed lines in FIG. 6(a), four divided
次に、図6の(c)に示すように、分割基板3にレーザスクライブを施す(一次スクライブ工程)。具体的には、分割基板3にレーザ光を照射することで分割基板3を分割するためのガイド溝(分割用溝)を複数形成する。このガイド溝は、分割基板3を劈開して分割する際の劈開の起点となる溝である。
Next, as shown in FIG. 6(c), the divided
その後、図6の(d)に示すように、分割基板3を複数に分割する(一次分割工程)。具体的には、分割基板3に形成されたガイド溝を起点にして分割基板3を劈開して順次分離していくことで、各々が複数の導波路(リッジ部20a)を有する複数のバー状基板4(半導体レーザバー)を作製する。
Thereafter, as shown in FIG. 6(d), the divided
このようにして、半導体積層基板2から、両端面が劈開面となる複数のバー状基板4を切り出すことができる。
In this way, a plurality of bar-shaped
次に、図6の(e)に示すように、複数のバー状基板4の各々において、半導体積層構造体のフロント側の端面20Fに第1コート膜31を形成する(フロントコート工程)。図6の(e)における黒丸は、第1コート膜31を構成する材料が端面に飛来していく様子を表している。具体的には、半導体レーザ素子1の前端面1a側に対応するバー状基板4の劈開面に、低反射率の第1コート膜31を形成する。これにより、半導体積層構造体及び基板の各々のフロント側の端面20Fに第1コート膜31が形成される。例えば、第1コート膜31として、Al2O3膜、AlON膜、SiO2膜及びSiN膜を含む誘電体多層膜を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 6E, a
次に、図6の(f)に示すように、第1コート膜31の反対側に、複数のバー状基板4の各々において、半導体積層構造体のリア側の端面20Rに第2コート膜32を形成する(リアコート工程)。図6の(f)における黒丸は、第2コート膜32を構成する材料が端面に飛来していく様子を表している。具体的には、半導体レーザ素子1の後端面1b側に対応するバー状基板4の劈開面に、高反射率の第2コート膜32を形成する。これにより、半導体積層構造体及び基板の各々の後端面に第2コート膜32が形成される。例えば、第2コート膜32として、Al2O3膜、AlON膜、SiO2膜及びSiN膜を含む誘電体多層膜を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 6F, on the opposite side of the
次に、図6の(g)に示すように、第1コート膜31及び第2コート膜32が形成されたバー状基板4にレーザ光を照射して第1溝51を形成する(二次スクライブ工程)。つまり、第1溝51は、レーザスクライブによって形成されたレーザスクライブ溝である。第1溝51は、バー状基板4を複数の半導体レーザ素子1に分割するためのガイド溝である。したがって、第1溝51は、隣り合う2つの半導体レーザ素子1の境界ごとに形成される。つまり、図7に示すように、第1溝51は、リッジ部20aの長手方向と平行に形成される。図7は、レーザスクライブによりバー状基板4に第1溝51を形成する工程を説明するための図である。
Next, as shown in FIG. 6(g), the bar-shaped
図7に示すように、第1溝51を形成する工程では、バー状基板4のフロント側からリア側に向かってレーザ光を走査する。また、本実施の形態では、基板10の裏面側からレーザ光を照射して第1溝51を形成している。この場合、本実施の形態では、バー状基板4のフロント側の端面に形成された第1コート膜31の外面から後退した位置をスタート地点としてレーザ光を照射し、バー状基板4のリア側の端面に形成された第2コート膜32を超えるまでバー状基板4の幅方向(リッジ部20aの長手方向)に沿ってレーザ光を走査する。このようにして形成された第1溝51は、フロント側の端縁51Fが第1コート膜31の外面から離間し、かつ、リア側の端縁51Rが第2コート膜32の外面と同じ位置である。
As shown in FIG. 7, in the step of forming the
ここで、図8を用いて、本実施の形態におけるレーザ光のスキャン方法の具体例を説明する。図8は、第1溝51を形成する際のレーザ光の出力(power)とレーザ光の照射位置(position)との関係を示している。図8に示すように、本実施の形態では、第1コート膜31及び第2コート膜32が形成されたバー状基板4の全長は、1200μmである。したがって、第1コート膜31の外面の位置は、図8の0μmの位置であり、第2コート膜32の外面の位置は、図8の1200μmの位置である。なお、バー状基板4における第1コート膜31の外面の位置は、バー状基板4を分割して得られる半導体レーザ素子1の前端面1aの位置となり、バー状基板4における第2コート膜32の外面の位置は、バー状基板4を分割して得られる半導体レーザ素子1の後端面1bの位置となる。
Here, a specific example of the laser beam scanning method in this embodiment will be described using FIG. 8. FIG. 8 shows the relationship between the output (power) of the laser beam and the irradiation position (position) of the laser beam when forming the
また、本実施の形態では、図8に示すように、第1溝51を形成する際のレーザ光の最大出力を200Wとし、レーザ光のビーム径は5μmとしている。これにより、第1溝51の溝幅は、分割前の状態で5μmになる。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the maximum output of the laser beam when forming the
そして、図8に示すように、10μmの位置からレーザ光を照射し始める。つまり、第1コート膜31の外面からの10μm後退した位置からレーザ光を照射し始める。そして、10μmの位置から40μmの位置までは徐々に出力を上げてレーザ光を照射し、40μmの位置から第2コート膜32を突き抜けるまでは一定の出力でレーザ光を照射する。つまり、第2コート膜32を通り越してもレーザ光の照射を継続している。これにより、フロント側の端縁51Fが第1コート膜31の外面から10μm離間し、かつ、リア側の端縁51Rが第2コート膜32を突き抜けた第1溝51を、バー状基板4に形成することができる。
Then, as shown in FIG. 8, laser light irradiation is started from a position of 10 μm. In other words, the laser beam irradiation starts from a
バー状基板4に第1溝51を形成した後は、図6の(h)に示すように、第1溝51に沿ってバー状基板4を切断することで、バー状基板4を複数の半導体レーザ素子1に分割する(二次分割工程)。具体的には、第1溝51に沿ってバー状基板4を複数に分割して個片化することで、各々が1つの光導波路(リッジ部20a)を有する複数の半導体レーザ素子1を作製する。
After forming the
このとき、本実施の形態では、第1溝51のフロント側の端縁51Fが第1コート膜31の外面から離間している一方で、第1溝51のリア側の端縁51Rが第2コート膜32の外面と同じ位置になっている。つまり、第1溝51は、半導体レーザ素子1の前端面1a側部分に対応するバー状基板4のフロント部分を突き抜けていないが、半導体レーザ素子1の後端面1b側部分に対応するバー状基板4のリア側部分を突き抜けている。
At this time, in the present embodiment, the
したがって、バー状基板4のリア側の端面に第1コート膜31の膜厚よりも厚い第2コート膜32が形成されていても、第1溝51に沿ってバー状基板4を分割する際に、第1溝51がバー状基板4のリア側部分を突き抜けていない場合と比べて、バー状基板4のリア側部分にかかる応力を緩和することができる。これにより、バー状基板4を分割して得られる半導体レーザ素子1の後端面1bにクラック又はチッピングが発生することを効果的に抑制することができる。
Therefore, even if the
このようにして作製された半導体レーザ素子1では、半導体レーザ素子1の側面に、半導体レーザ素子1の共振器長方向に沿って延在する第1溝51が半導体レーザ素子1の側面を切り欠くように形成されている。そして、第1溝51のフロント側の端縁51Fは、半導体レーザ素子1の前端面1aから離間している一方で、第1溝51のリア側の端縁51Rは、半導体レーザ素子1の後端面1bに位置している。
In the
以上、本実施の形態に係る半導体レーザ素子1によれば、バー状基板4を分割して個片化する際にクラック又はチッピングが発生することを抑制できるので、高い信頼性を有する半導体レーザ素子1を実現することができる。なお、本願発明者らの実験によれば、図19で説明した方法で作製した半導体レーザ素子1X(図20)は不良率が20%であったが、本実施の形態の方法で作製した半導体レーザ素子1は不良率が0%であった。
As described above, according to the
また、本実施の形態では、レーザスクライブにより第1溝51を形成しているので、レーザ光で第1溝51を形成する際にデブリ(debris)と呼ばれる加工屑が発生し、バー状基板4にデブリが付着する。また、レーザ光で基板10を削って第1溝51を形成しているので、デブリは、基板10を構成する元素に起因したものとなる。具体的には、デブリは、ガリウム金属(Ga)を含むものとなる。このようなデブリがバー状基板4の端面に付着すると、バー状基板4を分割して得られる半導体レーザ素子1の共振器端面にデブリが残ることになる。この結果、半導体レーザ素子1の特性が劣化する等の不具合が発生するおそれがある。
Further, in this embodiment, since the
そこで、本願発明者らがデブリについて検討したところ、レーザスクライブにより第1溝51を形成する場合、レーザ光の照射開始時(スクライブ開始時)にはデブリが多く発生し、レーザ光の照射終了時(スクライブ終了時)にはデブリが少ないことが分かった。
Therefore, when the inventors of the present application investigated debris, they found that when forming the
そこで、本実施の形態では、レーザスクライブにより第1溝51を形成する際、バー状基板4のフロント側からリア側に向かってレーザ光を走査している。このようにレーザ光を走査することで、バー状基板4の第2コート膜32の外面にデブリが付着することを抑制できる。
Therefore, in this embodiment, when forming the
また、本実施の形態では、半導体レーザ素子1の後端面1bにクラックやチッピングが発生することを抑制するために、第2コート膜32を突き抜けるように第1溝51を形成している。この結果、第2コート膜32を突き抜けないように第1溝51を形成する場合と比べて、半導体レーザ素子1の後端面1bには多くのデブリが付着してしまう。この場合、第1溝51は、基板10だけではなく第2コート膜32も削っているので、後端面1bに付着するデブリは、基板10及び第2コート膜32を構成する元素に起因したものとなる。具体的には、デブリは、ガリウム金属(Ga)、アルミニウム(Al)等の金属単体、及び/又は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素等の無機化合物等である。
Furthermore, in this embodiment, the
そこで、第1溝51を形成する工程の後に、半導体レーザ素子1の後端面1bに付着したデブリを除去する工程を含むとよい。例えば、第1溝51に沿ってバー状基板4を切断して個片化する工程の後に、デブリを除去する工程を行うとよい。例えば、半導体レーザ素子1の後端面1bを塩酸で洗浄することで、ガリウムからなるデブリを効果的に除去することができる。一例として、濃度19%の塩酸を用いて、5分以上洗浄することで後端面1bのデブリを除去することができる。
Therefore, after the step of forming the
図9は、半導体レーザ素子1の後端面1b及び前端面1aについて、洗浄する前と洗浄した後の様子を模式的に示している。図9の(a)に示すように、半導体レーザ素子1の後端面1bを塩酸で洗浄することで、デブリを除去することができる。このとき、洗浄した後の半導体レーザ素子1の後端面1bにおいて、リッジ部20aの下方の第1領域A1に存在するデブリは、第1領域A1の側方の第2領域A2に存在するデブリよりも少なくなっている。このとき、塩酸で洗浄することで第1領域A1及び第2領域A2の両方ともデブリを無くすこともできたが、図9の(a)に示すように、塩酸で洗浄しても、第2領域A2にはデブリが存在することもあった。なお、図9の(a)では、第1領域A1にはデブリが存在していない。
FIG. 9 schematically shows the
また、図9の(b)に示すように、半導体レーザ素子1の前端面1aには、洗浄前でもデブリはほとんど存在していなかったが、塩酸で洗浄することで、前端面1aのデブリをさらに減らすことができる。
Furthermore, as shown in FIG. 9(b), there was almost no debris on the
このように、塩酸洗浄によって半導体レーザ素子1の前端面1a及び後端面1bのデブリを除去することで、デブリにより半導体レーザ素子1の特性が劣化することを抑制することができる。特に、リッジ部20aの下方のゲイン領域では、リッジ部20aの下方のゲイン領域の外側の領域と比べてレーザ光の強度が強いため、塩酸洗浄によってリッジ部20aの下方のゲイン領域のデブリを除去することで、デブリに起因して生じる光散乱によって光分布が乱れたり、デブリによる光吸収及び温度上昇により前端面1a及び後端面1bが劣化したりすることを抑制できる。なお、デブリを除去する工程は、第1溝51を形成する工程の後であれば、バー状基板4を分割して個片化する前に行ってもよい。
In this manner, by removing debris from the
また、本実施の形態に係る半導体レーザ素子1において、第1溝51は、基板10の他方の面である裏面に形成されている。
Furthermore, in the
これにより、半導体レーザ素子1の上面にデブリが付着することを抑制することができ、さらに、実装工程において半導体積層構造体に上から圧力をかけた時に、デブリ直下において半導体積層構造体に局所的な過大応力がかかることを防ぐことができる。
This makes it possible to suppress debris from adhering to the upper surface of the
なお、図2に示すように、本実施の形態では、第1溝51のリア側の端部の深さを、第1溝51の中央部の深さと同じにしたが、これに限らない。
Note that, as shown in FIG. 2, in this embodiment, the depth of the rear end of the
例えば、図10に示される半導体レーザ素子1Aのように、第1溝51Aのリア側の端部の深さを、第1溝51Aの中央部の深さよりも深くしてもよい。具体的には、第1溝51Aのリア側の端の領域は、後端面1bに向かって徐々に深さが深くなっており、第1溝51Aの底のうちリア側の端の領域は、後端面1bに向かって半導体レーザ素子1Aの上面側に傾斜している。本変形例において、第1溝51Aのリア側の端領域のうち最も深い部分の深さは、第1溝51Aの後端面1bでの深さである。一例として、第1溝51Aのリア側の端の領域の最も深い部分は、第1溝51Aの中央部の深さよりも10μm程度深くするとよい。
For example, as in the
このような形状の第1溝51Aは、図11に示されるようなプロファイルでレーザ光をスキャンすることで形成することができる。具体的には、図11に示すように、バー状基板のリア側の端面の手前でレーザ光の出力を上げることで、第1溝51Aのリア側の端部の深さを深くすることができる。なお、本変形例では、バー状基板のリア側の端面の手前からリア側の端面に向かってレーザ光の出力を徐々に上げている。
The
このように、第1溝51Aのリア側の端部の深さを、第1溝51Aの中央部の深さよりも深くすることで、図2に示される半導体レーザ素子1と比べて、バー状基板を分割する際にバー状基板のリア側部分にかかる応力をさらに緩和することができる。これにより、半導体レーザ素子1Aの後端面1bにクラック又はチッピングが発生することをさらに抑制することができる。
In this way, by making the depth of the rear end of the
また逆に、図12に示される半導体レーザ素子1Bのように、第1溝51Bのリア側の端の領域の深さを、第1溝51Bの中央部の深さよりも浅くしてもよい。具体的には、第1溝51Bのリア側の端の領域は、後端面1bに向かって徐々に深さが浅くなっており、第1溝51Bの底のうちリア側の端の領域51RSは、後端面1bに向かって半導体レーザ素子1Bの下面側に傾斜している。本変形例において、第1溝51Bのリア側の端の領域のうち最も浅い部分の深さは、第1溝51Bの後端面1bでの深さである。一例として、第1溝51Bのリア側の端の領域のうち最も浅い部分の深さは、半導体レーザ素子1Bの3割程度にするとよい。例えば、半導体レーザ素子1Bの厚さが85μmである場合、第1溝51Bの後端面1bでの深さは、約25μmにするとよい。
Conversely, as in the
このような形状の第1溝51Bは、図13に示されるようなプロファイルでレーザ光をスキャンすることで形成することができる。具体的には、図13に示すように、バー状基板のリア側の端面の手前でレーザ光の出力を下げることで、第1溝51Bのリア側の端部の深さを浅くすることができる。なお、本変形例では、バー状基板のリア側の端面の手前からリア側の端面に向かってレーザ光の出力を徐々に下げている。
The
このように、第1溝51Bのリア側の端部の深さを、第1溝51Bの中央部の深さよりも浅くすることで、バー状基板のリア側の端部を突き抜ける時のレーザ光の出力が小さくなるので、バー状基板の第2コート膜32の外面に付着するデブリの飛散量を少なくすることができる。ただし、本変形例では、バー状基板のリア側部分にかかる応力を緩和する効果が上記実施の形態1と比べて低くなるため、半導体レーザ素子1Bの不良率が高くなるが、その不良率は2%に抑えることができた。
In this way, by making the depth of the rear end of the
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る半導体レーザ素子1Cについて、図14を用いて説明する。図14は、実施の形態2に係る半導体レーザ素子1Cを下方から見たときの斜視図である。なお、図14は、上記実施の形態1における図2に対応している。したがって、図14では、図2などと同様にn側電極42を省略し、また、第1溝51Cや第2溝52の幅を誇張して図示している。
(Embodiment 2)
Next, a
上記実施の形態1に係る半導体レーザ素子1では、半導体レーザ素子1の後端面1bを突き抜けるように第1溝51を形成したが、図14に示すように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子1Cでは、半導体レーザ素子1Cの後端面1bを突き抜けないように第1溝51Cを形成している。
In the
したがって、本実施の形態における半導体レーザ素子1Cでは、共振器長方向における第1溝51Cの各々の両端部は、半導体レーザ素子1Cの共振器端面(前端面1a、後端面1b)から後退した位置に存在している。つまり、各第1溝51Cにおいて、共振器長方向における両端部の各々は、半導体レーザ素子1Cの前端面1a及び後端面1bに到達しないように形成されている。したがって、第1溝51Cのフロント側の端縁51Fは、半導体レーザ素子1Cの前端面1aから離間しており、第1溝51Cのリア側の端縁51Rは、半導体レーザ素子1Cの後端面1bから離間している。
Therefore, in the
具体的には、第1溝51Cの両端部の各々は、第1コート膜31及び第2コート膜32に到達しないように形成されている。つまり、第1溝51Cの両端部の各々は、半導体積層構造体20のフロント側の端面20F及びリア側の端面20Rに到達しないように形成されている。したがって、第1溝51Cのフロント側の端縁51Fは、半導体積層構造体20のフロント側の端面20Fから離間しており、第1溝51Cのリア側の端縁51Rは、半導体積層構造体20のリア側の端面20Rから離間している。
Specifically, each of both ends of the
ただし、本実施の形態における半導体レーザ素子1Cでは、第1溝51Cのフロント側の端縁51Fと第1溝51Cのリア側の端縁51Rとでは、半導体レーザ素子1Cの共振器端面からの後退量が異なっている。具体的には、第1溝51Cのリア側の端縁51Rの後退量は、第1溝51Cのフロント側の端縁51Fの後退量よりも小さい。すなわち、第1溝51Cのリア側の端縁51Rと半導体レーザ素子1Cの後端面1bとの距離は、第1溝51Cのフロント側の端縁51Fと半導体レーザ素子1Cの前端面1aとの距離よりも短くなっている。また、第1溝51Cの底と第1溝51の底のうちリア側の端の領域51RSとの境の位置(第1溝51Cの底のうちリア側の下端縁51RB)と半導体レーザ素子の後端面1bの距離は、第1溝51Cの底と第1溝51の底のうちフロント側の端の領域51FSの境の位置(第1溝51のフロント側の下端縁51FB)と半導体レーザ素子の前端面1aの距離より短い。加えて、第1溝51Cのリア側の端縁51Rと半導体積層構造体のリア側の端面20Rの距離は、第1溝51Cのフロント側の端縁51Fと半導体積層構造体のフロント側の端面20Fの距離より短い。
However, in the
このように構成される半導体レーザ素子1Cは、上記実施の形態1と同様の方法で形成することができる。この場合、レーザスクライブにより第1溝51Cを形成する工程では、図15に示されるようなプロファイルでレーザ光をスキャンすることで、図14に示される形状の第1溝51Cを形成することができる。具体的には、図15に示すように、バー状基板のリア側の端面の手前でレーザ光の出力を下げることで、第1溝51Cがバー状基板のリア側の端面を突き抜けないようにする。この場合、第1溝51Cのリア側の端縁51Rとバー状基板のリア側の端面との距離が第1溝51Cのフロント側の端縁51Fとバー状基板のフロント側の端面との距離よりも短くなるように第1溝51Cを形成する。また、溝の底のうちリア側の下端縁51RBと半導体レーザ素子の後端面1bの距離が、溝の底のうちフロント側の下端縁51FBと半導体レーザ素子の前端面1aの距離より短くなるように第1溝51Cを形成する。加えて、第1溝51Cのリア側の端縁51Rと半導体積層構造体のリア側の端面20Rの距離が、第1溝51Cのフロント側の端縁51Fと半導体積層構造体のフロント側の端面20Fの距離より短くなるように第1溝51Cを形成する。
The
このような形状の第1溝51Cを形成することで、バー状基板のリア側の端面に第1コート膜31の膜厚よりも厚い第2コート膜32が形成されていても、第1溝51Cに沿ってバー状基板を分割する際に、バー状基板のリア側部分にかかる応力を緩和することができる。これにより、バー状基板を分割して得られる半導体レーザ素子1Cの後端面1bにクラック又はチッピングが発生することを効果的に抑制することができる。
By forming the
また、本実施の形態に係る半導体レーザ素子1Cでは、レーザスクライブにより第1溝51Cを形成する際に、第1溝51Cがバー状基板のリア側の端面を突き抜けないので、上記実施の形態1と比べて、バー状基板の第2コート膜32の外面にデブリが付着すること抑制することができる。
Furthermore, in the
また、本実施の形態でも、バー状基板4のフロント側からリア側に向かってレーザ光を走査するとよい。これにより、第2コート膜32を突き抜けることなく第1溝51Cを形成することで、上記実施の形態1よりも、さらにバー状基板4の第2コート膜32の外面にデブリが付着することを抑制できる。しかも、バー状基板4のフロント側からリア側に向かってレーザ光を走査する際に、第2コート膜32を突き抜けることなく第1溝51Cを形成することで、第1溝51Cのリア側の端面51RSの形状を安定させることもできる。
Also in this embodiment, it is preferable to scan the laser beam from the front side to the rear side of the bar-shaped
ただし、本実施の形態では、第1溝51Cがバー状基板のリア側の端面を突き抜けないので、上記実施の形態1と比べて、バー状基板のリア側部分にかかる応力を緩和する効果が低くなる。このため、半導体レーザ素子1Cの不良率は、上記実施の形態1と比べて、高くなるものの、その不良率は4%に抑えることができた。
However, in this embodiment, since the
また、レーザ光の照射開始時の出力が不安定である。そこで、上記実施の形態1と同様に、レーザスクライブにより第1溝51Cを形成する際、バー状基板のフロント側からリア側に向かってレーザ光を走査している。これにより、図14などにおいて、第1溝51Cの底のうちフロント側の端の領域51FSの表面粗さを、第1溝51Cの底のうちリア側の端の領域51RSの表面粗さよりも大きくすることができる。つまり、第1溝51Cのリア側の端の領域51RSの表面粗さが、第1溝51Cのフロント側の端の領域51FSの表面粗さよりも小さい。本実施の形態では、図14においては、第1溝51Cのリア側の端の領域51RSの最大高さ粗さが13μmであったのに対し、第1溝51Cのフロント側の端の領域51FSの最大高さ粗さは30μmであった。このように、第1溝51Cのリア側の端の領域面51RSの表面粗さを少なくすることで、第1溝51Cに沿ってバー状基板を分割する際にバー状基板のリア側部分にかかる応力の分布をなだらかにすることができる。つまり、応力の局所的な集中を少なくすることができる。この結果、異常な応力に起因するクラックの発生することを抑制することができる。
Additionally, the output at the start of laser light irradiation is unstable. Therefore, similarly to the first embodiment, when forming the
なお、図14に示される半導体レーザ素子1Cでは、第1溝51Cのリア側の端縁51Rは、第2コート膜32に到達しないように形成されていたが、これに限らない。
Note that in the
例えば、図16に示される半導体レーザ素子1Dのように、第1溝51Dのリア側の端縁51Rは、第2コート膜32に到達するように形成されていてもよい。つまり、レーザスクライブにより第2コート膜32の途中までを削ることで第1溝51Dを形成してもよい。この場合、第1溝51Dのリア側の端縁51Rと半導体レーザ素子1Dの後端面1bとの距離は、第2コート膜32の膜厚よりも短くなる。
For example, as in the
このような形状の第1溝51Dは、図17に示されるようなプロファイルでレーザ光をスキャンすることで形成することができる。具体的には、図17に示すように、バー状基板のリア側の端面の直前でレーザの出力をゼロにすることで、第1溝51Dのリア側の端縁51Rを第2コート膜32の途中に位置させることができる。具体的には、スクライブ終了点をバー状基板のリア側の端面(第2コート膜32の外面)の直前にしている。また、レーザ光のビーム径を狭くすることによって、この構造は容易に形成することができる。例えば、ビーム径を0.3μmにすることにより半導体レーザ素子1Dの後端面1bから0.3μm程度の距離の場所に第1溝51Dのリア側の端縁51Rを形成することができる。
The
これにより、バー状基板を分割する際に第2コート膜32が切断される時にクラック又はチッピングが発生しにくくなる。なお、第2コート膜32がアモルファス膜の場合にも同様の効果がある。
This makes it difficult for cracks or chipping to occur when the
(変形例)
以上、本開示に係る半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法について、実施の形態1、2に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態1、2に限定されるものではない。
(Modified example)
The semiconductor laser device and the method for manufacturing the semiconductor laser device according to the present disclosure have been described above based on
例えば、上記実施の形態1、2において、第1溝51~51Dは、基板10の一方の面(オモテ面)に形成されていたが、これに限らない。具体的には、図18に示される半導体レーザ素子1Eのように、第1溝51Eは、基板10の他方の面に形成されていてもよい。具体的には、第1溝51Eは、半導体レーザ素子1Eの半導体積層構造体20の上面から基板10に向かって形成されていてもよい。この場合、第1溝51Eを形成する際に発生するデブリには、基板10及び第2コート膜32を構成する元素だけではなく、半導体積層構造体20を構成する元素も含まれる。例えば、デブリには、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)等の金属単体、及び/又は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素等の無機化合物等が含まれる。なお、第1溝51Eを半導体積層構造体20の上面から形成する場合、第1溝51Eは、半導体積層構造体20から基板10の途中まで形成するとよい。
For example, in the first and second embodiments described above, the
また、上記実施の形態1、2において、半導体レーザ素子1における導波路は、リッジ部20aとしたが、これに限らない。例えば、半導体レーザ素子1における導波路は、リッジ部20aからなるリッジストライプ構造ではなく、分割された電極のみで構成された電極ストライプ構造であってもよいし、電流ブロック層を用いた埋め込み型電流狭窄構造等であってもよい。
Furthermore, in the first and second embodiments described above, the waveguide in the
また、上記実施の形態1、2における半導体レーザ素子1では、窒化物系半導体材料を用いる場合を例示したが、これに限らない。例えば、本開示は、窒化物系半導体材料以外の半導体材料を用いた場合にも適用することができる。
Further, in the
その他、上記の実施の形態1、2に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
In addition, the
本開示に係る半導体レーザ素子は、プロジェクタ、光ディスク、車載ヘッドランプ、照明装置又はレーザ加工装置等をはじめとして、様々な製品の光源素子として有用である。 The semiconductor laser device according to the present disclosure is useful as a light source device for various products, including projectors, optical discs, vehicle headlamps, lighting devices, laser processing devices, and the like.
1、1A、1B、1C、1D、1E、1X 半導体レーザ素子
1a 半導体レーザ素子の前端面
1b 半導体レーザ素子の後端面
1c 第1側面
1d 第2側面
2 半導体積層基板
3、3X 分割基板
4 バー状基板
10、10X 基板
20、20X 半導体積層構造体
20a リッジ部
20b 平坦部
20c ウイング部
20F 半導体積層構造体のフロント側の端面
20R 半導体積層構造体のリア側の端面
21 第1半導体層
22 活性層
23 第2半導体層
31、31X 第1コート膜
32、32X 第2コート膜
41 p側電極
42 n側電極
51、51A、51B、51C、51D、51E、51X 第1溝
51F 第1溝のフロント側の端縁
51R 第1溝のリア側の端縁
51FS 第1溝の底のうちフロント側の端の領域
51RS 第1溝の底のうちリア側の端の領域
51FB 第1溝のフロント側の下端縁
51RB 第1溝のリア側の下端縁
52、52X 第2溝
60 絶縁膜
70 パッド電極
90X クラック
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1X
Claims (11)
基板の一方の面に形成された半導体積層構造体と、
前記半導体積層構造体のフロント側の端面に形成された第1コート膜と、
前記半導体積層構造体のリア側の端面に形成された第2コート膜と、を備え、
前記第2コート膜の膜厚は、前記第1コート膜の膜厚より厚く、
前記半導体レーザ素子の側面に、前記半導体レーザ素子の共振器長方向に沿って延在する溝が前記側面を切り欠くように形成されており、
前記溝のフロント側の端縁は、前記半導体レーザ素子の前端面から離間しており、
前記溝のリア側の端縁は、前記半導体レーザ素子の後端面に位置している、
半導体レーザ素子。 A semiconductor laser device,
a semiconductor stacked structure formed on one side of the substrate;
a first coat film formed on the front end surface of the semiconductor stacked structure;
a second coat film formed on the rear side end surface of the semiconductor laminated structure,
The thickness of the second coat film is greater than the thickness of the first coat film,
A groove extending along the resonator length direction of the semiconductor laser element is formed on a side surface of the semiconductor laser element so as to cut out the side surface,
The front edge of the groove is spaced apart from the front end surface of the semiconductor laser element,
a rear edge of the groove is located at a rear end surface of the semiconductor laser element;
Semiconductor laser element.
請求項1に記載の半導体レーザ素子。 The depth of the rear end of the groove is deeper than the depth of the central part of the groove,
The semiconductor laser device according to claim 1.
請求項1に記載の半導体レーザ素子。 The depth of the rear end of the groove is shallower than the depth of the center of the groove.
The semiconductor laser device according to claim 1.
基板の一方の面に形成された半導体積層構造体と、
前記半導体積層構造体のフロント側の端面に形成された第1コート膜と、
前記半導体積層構造体のリア側の端面に形成された第2コート膜と、を備え、
前記第2コート膜の膜厚は、前記第1コート膜の膜厚より厚く、
前記半導体レーザ素子の側面に、前記半導体レーザ素子の共振器長方向に沿って延在する溝が前記側面を切り欠くように形成されており、
前記溝のフロント側の端縁は、前記半導体レーザ素子の前端面から離間しており、
前記溝のリア側の端縁は、前記半導体レーザ素子の後端面から離間しており、
前記リア側の端縁と前記後端面との距離は、前記フロント側の端縁と前記前端面との距離よりも短い、
半導体レーザ素子。 A semiconductor laser device,
a semiconductor stacked structure formed on one side of the substrate;
a first coat film formed on the front end surface of the semiconductor stacked structure;
a second coat film formed on the rear side end surface of the semiconductor laminated structure,
The thickness of the second coat film is greater than the thickness of the first coat film,
A groove extending along the resonator length direction of the semiconductor laser element is formed on a side surface of the semiconductor laser element so as to cut out the side surface,
The front edge of the groove is spaced apart from the front end surface of the semiconductor laser element,
The rear edge of the groove is spaced apart from the rear end surface of the semiconductor laser element,
The distance between the rear edge and the rear end surface is shorter than the distance between the front edge and the front end surface.
Semiconductor laser element.
請求項4に記載の半導体レーザ素子。 The distance between the rear edge and the rear end surface is shorter than the thickness of the second coat film.
The semiconductor laser device according to claim 4.
請求項4に記載の半導体レーザ素子。 The surface roughness of the front end face of the groove is greater than the surface roughness of the rear end face of the groove.
The semiconductor laser device according to claim 4.
前記後端面において、前記ゲイン領域に存在するデブリは、前記ゲイン領域の側方の領域に存在するデブリよりも少ない、
請求項1~6のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。 The semiconductor laminated structure has a gain region extending along the cavity length direction of the semiconductor laser element,
In the rear end surface, the amount of debris present in the gain region is smaller than the debris present in a region to the side of the gain region.
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1~6のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。 the groove is formed on the other surface of the substrate,
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6.
前記半導体積層基板を分割することで、複数のバー状基板を作製する工程と、
前記複数のバー状基板の各々において、前記半導体積層構造体のフロント側の端面に第1コート膜を形成する工程と、
前記複数のバー状基板の各々において、前記半導体積層構造体のリア側の端面に第2コート膜を形成する工程と、
前記第1コート膜及び前記第2コート膜が形成された前記バー状基板にレーザ光を照射して溝を形成する工程と、
前記溝に沿って前記バー状基板を切断することで、前記バー状基板を複数の半導体レーザ素子に分割する工程とを含み、
前記溝を形成する工程では、前記バー状基板のフロント側からリア側に向かって前記レーザ光を走査する、
半導体レーザ素子の製造方法。 a step of manufacturing a semiconductor multilayer substrate having a semiconductor multilayer structure by stacking a plurality of semiconductor layers on one surface of the substrate;
a step of producing a plurality of bar-shaped substrates by dividing the semiconductor laminated substrate;
forming a first coat film on the front end surface of the semiconductor stacked structure in each of the plurality of bar-shaped substrates;
forming a second coat film on the rear end surface of the semiconductor stacked structure in each of the plurality of bar-shaped substrates;
irradiating the bar-shaped substrate on which the first coat film and the second coat film are formed with a laser beam to form a groove;
dividing the bar-shaped substrate into a plurality of semiconductor laser elements by cutting the bar-shaped substrate along the groove,
In the step of forming the groove, the laser beam is scanned from the front side to the rear side of the bar-shaped substrate.
A method for manufacturing a semiconductor laser device.
請求項9に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 In the step of forming the groove, scanning the laser beam beyond the second coat film,
A method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 9.
請求項10に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 After the step of forming the groove, the method includes a step of removing debris attached to the rear end surface.
A method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 10.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2024520484A JPWO2023219132A1 (en) | 2022-05-13 | 2023-05-11 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022079418 | 2022-05-13 | ||
JP2022-079418 | 2022-05-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023219132A1 true WO2023219132A1 (en) | 2023-11-16 |
Family
ID=88730351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2023/017738 WO2023219132A1 (en) | 2022-05-13 | 2023-05-11 | Semiconductor laser element and method for producing semiconductor laser element |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2023219132A1 (en) |
WO (1) | WO2023219132A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080151955A1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-06-26 | Binoptics Corporation | Etched-facet ridge lasers with etch-stop |
JP2009049390A (en) * | 2007-07-25 | 2009-03-05 | Rohm Co Ltd | Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2010141116A (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Method of manufacturing nitride semiconductor light emitting element, and nitride semiconductor light emitting element |
-
2023
- 2023-05-11 WO PCT/JP2023/017738 patent/WO2023219132A1/en active Application Filing
- 2023-05-11 JP JP2024520484A patent/JPWO2023219132A1/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080151955A1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-06-26 | Binoptics Corporation | Etched-facet ridge lasers with etch-stop |
JP2009049390A (en) * | 2007-07-25 | 2009-03-05 | Rohm Co Ltd | Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2010141116A (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Method of manufacturing nitride semiconductor light emitting element, and nitride semiconductor light emitting element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2023219132A1 (en) | 2023-11-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8198639B2 (en) | Method of manufacturing light emitting device with a pair of ridge protection electrodes | |
JP4986714B2 (en) | Nitride-based semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
US7746910B2 (en) | Semiconductor laser diode and its fabrication process | |
EP2023411A1 (en) | Integrated semiconductor light-emitting device and its manufacturing method | |
US7649923B2 (en) | Method for manufacturing nitride semiconductor laser element, and nitride semiconductor laser element | |
JP7085549B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor light emitting device and semiconductor light emitting device | |
JP2007087973A (en) | Nitride semiconductor device manufacturing method and nitride semiconductor light emitting device obtained by the method | |
WO2008016019A1 (en) | Semiconductor laser device and its manufacturing method | |
JP2009200478A (en) | Semiconductor laser device and method of manufacturing the same | |
US20120273816A1 (en) | Semiconductor optical device | |
JP2009049390A (en) | Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof | |
EP3493338B1 (en) | Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing semiconductor light-emitting element | |
TW201835989A (en) | Nitride semiconductor laser element and method for manufacturing same | |
CN1333501C (en) | Semiconductor device and a method for the manufacture thereof | |
JP2008300645A (en) | Manufacturing method of nitride based semiconductor led chip | |
TWI697076B (en) | Light-emitting device and manufacturing method thereof | |
WO2008047751A1 (en) | Nitride semiconductor laser device and its manufacturing method | |
WO2023219132A1 (en) | Semiconductor laser element and method for producing semiconductor laser element | |
JP5273459B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor laser | |
JP3766085B2 (en) | Semiconductor laser | |
JP3199594B2 (en) | Method of forming optical resonance surface of nitride semiconductor laser device | |
US20240380180A1 (en) | Semiconductor laser element and method for manufacturing the same | |
JP2004140203A (en) | Nitride semiconductor laser element and its manufacturing method | |
US20230238483A1 (en) | Semiconductor light-emitting device and photocoupler | |
JP4771801B2 (en) | Semiconductor laser element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 23803606 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2024520484 Country of ref document: JP |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 23803606 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |