JP2002208754A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子の製造方法

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JP2002208754A
JP2002208754A JP2001004027A JP2001004027A JP2002208754A JP 2002208754 A JP2002208754 A JP 2002208754A JP 2001004027 A JP2001004027 A JP 2001004027A JP 2001004027 A JP2001004027 A JP 2001004027A JP 2002208754 A JP2002208754 A JP 2002208754A
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type electrode
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Motoharu Sakuragi
基晴 桜木
Mamoru Takagi
守 高木
Toshiyuki Morishita
敏之 森下
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザ素子におけるN型電極にNi層
およびAu−Snはんだ層を形成したものにおいて、N
i層とAu−Snはんだ層間の界面でのNi層の酸化を
防止し、接合温度を低くする。 【解決手段】 GaAs基板10の表面側にP型電極を
形成した後、GaAs基板10をホルダー22にセット
し、チャンバ21を閉めてチャンバ21内を真空度1×
10-4Pa程度にする。チャンバ21内でAu−Ge、
Ni、Auの順に真空蒸着法を用いてN型電極12を形
成する。N型電極の形成後、チャンバ21内をN2で置
換し、ランプヒータ23により360℃で2分間アニー
ル処理を行う。アニール終了後、チャンバ21を再度真
空状態に戻し、Ni拡散層を真空蒸着法にて程度まで蒸
着し、続けてAu−Snからなるはんだ層を蒸着する。
これら一連の工程を1つのチャンバ21の中で連続して
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の半導体レーザ素子におい
て、一面側に形成されたオーミック電極としてのドレイ
ン電極(N型電極)には、AuとGeの合金にNi、A
uを積層したもの(以下、この種の表記をAu−Ge/
Ni/Auのように示す)が用いられている。
【0003】このような半導体レーザ素子は、金メッキ
されたヒートシンクやステム、回路基板等の基台にはん
だ付けされる。半導体レーザ素子を基台に接合する場
合、接合温度を低くし半導体レーザ素子への熱損傷を軽
減するようにするのが好ましい。
【0004】このため、本出願人は、半導体レーザ素子
におけるN型電極にNi層およびAu−Snはんだ層を
形成するものを先に提案した(特開平8−181392
号公報)。この構成によれば、接合時に、Ni層中のN
iがAu−Snはんだ層に拡散し、Au−Sn−Ni合
金を作り、接合温度を低くすることができる。
【0005】図4に、Ni/(Au80wt%−Sn2
0wt%)の積層構造において、Ni濃度を変化させた
ときの融点の変化を示す(特開平8−181392号公
報に記載されたもの)。図において、L、Sはそれぞれ
液相、固相を示し、α、βはそれぞれAu−Sn−Ni
の固溶体を示す。(L+α)、(L+β)はそれぞれ液
相、固相の混合状態であることを表す。この図より、
(Au80wt%−Sn20wt%)−Ni合金は、N
iの量が増えることにより融点が低下し、Niの組成比
(接合材料の全重量に対するNiの重量比)を1.3w
t%以上10wt%未満に制御することにより、接合温
度を270℃程度まで低下させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、接合
温度を低下させるためには、Ni層中のNiをAu−S
nはんだ層に拡散させることが必須である。しかしなが
ら、製造方法によっては、NiとAu−Snの界面にN
iの酸化膜などが形成され、この酸化膜によってNi層
中のNiがAu−Snはんだ層に十分拡散できないとい
うことが起こり得る。
【0007】例えば、半導体レーザ素子の製造方法にお
いて、図5に示すように、基板(ウェハ)の一面側にN
型電極を真空蒸着法により成膜する工程と、基板とN型
電極との接触抵抗を低減するために熱処理を行う工程
と、NiからなるNi拡散層(Ni層)を真空蒸着法に
より成膜する工程と、Au−Snはんだ層を真空蒸着法
により成膜する工程とを用いる場合、それらの工程での
処理は別チャンバーにて行われるため、各々の工程間で
は図5に示すように、一時的に基板を大気中に暴露する
ことになる。このため、Ni層に酸化膜が形成され、N
i層とAu−Snはんだ層間の界面に存在する酸化膜に
よって、Au−Snはんだ層中へのNiの拡散が妨げら
れてしまう。
【0008】本発明は上記問題に鑑みたもので、Ni層
とAu−Snはんだ層間の界面でのNi層の酸化を防止
し、接合温度を低くすることができる半導体レーザ素子
の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、半導体レーザとして機
能させるための各動作領域が形成された半導体基板の一
面側にオーミック電極を形成し、さらにそのオーミック
電極に、Ni層、およびAu−Snはんだ層を形成し
て、半導体レーザ素子を製造する方法において、少なく
とも前記Ni層を成膜する工程と前記はんだ層を成膜す
る工程を同一チャンバにて連続処理することを特徴とし
ている。
【0010】このような工程とすることにより、各々の
工程間で半導体基板が大気中に暴露することがないた
め、Ni層に酸化膜が形成されることはない。従って、
半導体レーザ素子を基台に接合する場合の接合温度を低
くすることができる。
【0011】また、請求項2に記載の発明のように、前
記オーミック電極を成膜する工程から前記はんだ層を成
膜する工程までを同一チャンバにて連続処理するように
すれば、請求項1に記載の発明と同様、Ni層の酸化を
防止することができ、しかもそれらの工程において異物
が半導体基板に付着するなどの問題を回避することがで
きる。
【0012】請求項3に記載の発明では、半導体レーザ
として機能させるための各動作領域が形成された半導体
基板の一面側にオーミック電極を形成し、さらにそのオ
ーミック電極に、Ni層、およびAu−Snはんだ層を
形成して、半導体レーザ素子を製造する方法において、
少なくとも前記Ni層を成膜する工程と前記はんだ層を
成膜する工程における前記半導体基板の搬送を大気暴露
しないように真空中で行うことを特徴としている。
【0013】この発明においても、各々の工程間で半導
体基板が大気中に暴露することがないため、Ni層に酸
化膜が形成されることはない。従って、半導体レーザ素
子を基台に接合する場合の接合温度を低くすることがで
きる。
【0014】また、請求項4に記載の発明のように、前
記オーミック電極を成膜する工程から前記はんだ層を成
膜する工程までにおける前記半導体基板の搬送を大気暴
露しないように真空中で行うようにすれば、請求項3に
記載の発明と同様、Ni層の酸化を防止することがで
き、しかもそれらの工程において異物が半導体基板に付
着するなどの問題を回避することができる。
【0015】なお、上記したオーミック電極、Ni層、
Au−Snはんだ層は、PVD等の蒸着法、スパッタ
法、またはイオンプレーティング法などの真空蒸着法に
より成膜することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】図2に半導体レーザ素子の膜構成
の一例を示す。半導体レーザとして機能させるための各
動作領域が形成された半導体基板10の表面側にP型電
極11が形成され、裏面側にN型電極(特許請求の範囲
に記載したオーミック電極)12、Ni層(Ni拡散
層)13、はんだ層14が形成された構成になってい
る。なお、図中の数値は、それぞれの膜厚(単位mm)
を示している。
【0017】半導体基板10は、GaAs−AlGaA
s系、InGaAsP−InP系、InGaP−InG
aAlP系等の材料を用いて構成することができる。例
えば、基板としてn型のGaAs(n−GaAs)基板
を用いた場合には、詳細を図示しないが、特開平8−1
81392号公報に記載されたものと同様、n−GaA
s基板上に、n−GaAsバッファ層、n−AlGaA
sクラッド層、AlGaAs/GaAs多重量子井戸構
造からなる活性層、p−AlGaAsクラッド層、p−
GaAs層が順に積層されたものとすることができる。
なお、本実施形態において、上記したような各動作領域
が形成された半導体基板を単にGaAs基板10として
説明する。
【0018】また、P型電極11としては、図2に示す
ように、Cr/Pt/Auからなるものの他、Au−Z
n/Au、Cr/Au、Mo/Au、Ti/Pt/Au
などを用いることができる。また、N型電極12として
は、図2に示すように、Au−Ge/Ni/Auからな
るものの他、Au−Zn/Au、Cr/Au、Ti/P
t/Au、Au−Sn/Au等を用いることができる。
なお、P型電極11、N型電極12は、オーミックコン
タクトをとることができるものであれば他の材料を用い
ることもできる。
【0019】次に、図2に示す半導体レーザ素子を製造
する方法において、GaAs基板10の裏面側にN型電
極12、Ni拡散層13、はんだ層14を形成する工程
について説明する。
【0020】図1に、この工程に用いる装置の概略構成
を示す。GaAs基板(ウエハ)10の表面側にP型電
極11を形成した後、GaAs基板10をホルダー22
にセットし、チャンバ21を閉めてチャンバ21内を真
空度1×10-4Pa程度にする。当該チャンバ21内で
Au−Ge(100nm厚)、Ni(20nm厚)、A
u(100nm厚)の順にスパッタ法などの真空蒸着法
を用いてN型電極12を形成する。なお、図中のシャッ
タ24は、蒸着を行うタイミングを決めるために設けら
れている。
【0021】N型電極12の形成後、チャンバ21内を
2で置換し、ランプヒータ23により360℃で2分
間アニール処理(熱処理)を行う。アニール終了後、チ
ャンバ21を再度真空状態に戻し、Ni拡散層13をス
パッタ法などの真空蒸着法にて100nm厚程度まで蒸
着し、続けてAu−Snからなるはんだ層14を1.5
μm程度蒸着する。これら一連の工程を1つのチャンバ
21の中で連続して行う。
【0022】このようにN型電極12を成膜する工程か
らはんだ層14を成膜する工程までを、同一のチャンバ
21にて連続処理することにより、各々の工程間でGa
As基板10が大気中に暴露することがないため、Ni
拡散層13に酸化膜が形成されることはない。従って、
半導体レーザ素子を、金メッキされたヒートシンクやス
テム、回路基板等の基台にはんだ付けする場合に、Ni
拡散層13中のNiがAu−Snはんだ層14に拡散
し、Au−Sn−Ni合金を作ることによって、接合温
度を低くすることができる。
【0023】なお、Ni拡散層13の酸化を防止すると
いう観点からすれば、Ni拡散層13を成膜する工程と
はんだ層14を成膜する工程のみ同一のチャンバ21に
て連続処理すればよい。しかし、異物がGaAs基板1
0に付着するなどの問題を回避するためには、上記した
ようにN型電極12を成膜する工程からはんだ層14を
成膜する工程までを、同一のチャンバ21にて連続処理
するのが好ましい。
【0024】図3に、図1に示す製造方法とは異なる他
の製造方法を示す。この製造方法においては、GaAs
基板10の表面側にP型電極11を形成した後、GaA
s基板10を準備室にセットする。そして、GaAs基
板10を第1の成膜室へ搬送し、真空度1×10-4〜9
×10-4PaにてAu−Ge(100nm厚)、Ni
(20nm厚)、Au(100nm厚)の順にスパッタ
法などの真空蒸着法を用いてN型電極12を形成する。
【0025】その後、GaAs基板10を熱処理室へ搬
送し、N2置換を実施後、赤外線ランプ25により36
0℃で2分間アニール処理(熱処理)を行う。アニール
終了後、GaAs基板10を第2の成膜室へ搬送し、N
i拡散層13(100nm)、Au−Snからなるはん
だ層14を2000nm蒸着する。最後に、GaAs基
板10を準備室に搬送し、大気雰囲気に戻す。
【0026】このようにN型電極12を成膜する工程か
らはんだ層14を成膜する工程までにおいて、GaAs
基板10の搬送を大気暴露しないように真空中あるいは
窒素雰囲気中で行うようにしているから、図1に示す製
造方法と同様、Ni拡散層13に酸化膜が形成されるこ
とはない。
【0027】なお、この図2に示す製造方法において
も、Ni拡散層13の酸化を防止するという観点からす
れば、Ni拡散層13を成膜する工程とはんだ層14を
成膜する工程のみにおいて、GaAs基板10の搬送を
大気暴露しないように真空中で行うようにすればよい。
しかし、異物がGaAs基板10に付着するなどの問題
を回避するためには、上記したようにN型電極12を成
膜する工程からはんだ層14を成膜する工程までにおい
て、GaAs基板10の搬送を大気暴露しないように真
空中で行うようにするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】GaAs基板10の裏面側にN型電極12、N
i拡散層13、はんだ層14を形成する工程に用いる装
置の構成を示す図である。
【図2】半導体レーザ素子の膜構成の一例を示す図であ
る。
【図3】半導体素子の他の製造方法を示す図である。
【図4】Ni/(Au80wt%−Sn20wt%)の
積層構造において、Ni濃度を変化させたときの融点の
変化を示す図である。
【図5】半導体レーザ素子の製造方法の一例を示す図で
ある。
【符号の説明】
10…GaAs基板、11…P型電極、12…N型電
極、13…Ni拡散層、14…はんだ層、21…チャン
バ、22…ホルダー、23…ランプヒータ、24…シャ
ッタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森下 敏之 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 4M104 AA05 BB11 BB12 BB13 BB14 BB16 CC01 DD34 DD36 DD37 DD79 GG04 5F073 CB23 DA35 FA22

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザとして機能させるための各
    動作領域が形成された半導体基板の一面側にオーミック
    電極を形成し、さらにそのオーミック電極に、Ni層、
    およびAu−Snはんだ層を形成して、半導体レーザ素
    子を製造する方法において、 少なくとも前記Ni層を成膜する工程と前記はんだ層を
    成膜する工程を同一チャンバにて連続処理することを特
    徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体レーザとして機能させるための各
    動作領域が形成された半導体基板の一面側にオーミック
    電極を形成し、さらにそのオーミック電極に、Ni層、
    およびAu−Snはんだ層を形成して、半導体レーザ素
    子を製造する方法において、 前記オーミック電極を成膜する工程から前記はんだ層を
    成膜する工程までを同一チャンバにて連続処理すること
    を特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体レーザとして機能させるための各
    動作領域が形成された半導体基板の一面側にオーミック
    電極を形成し、さらにそのオーミック電極に、Ni層、
    およびAu−Snはんだ層を形成して、半導体レーザ素
    子を製造する方法において、 少なくとも前記Ni層を成膜する工程と前記はんだ層を
    成膜する工程における前記半導体基板の搬送を大気暴露
    しないように真空中で行うことを特徴とする半導体レー
    ザ素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 半導体レーザとして機能させるための各
    動作領域が形成された半導体基板の一面側にオーミック
    電極を形成し、さらにそのオーミック電極に、Ni層、
    およびAu−Snはんだ層を形成して、半導体レーザ素
    子を製造する方法において、 前記オーミック電極を成膜する工程から前記はんだ層を
    成膜する工程までにおける前記半導体基板の搬送を大気
    暴露しないように真空中で行うことを特徴とする半導体
    レーザ素子の製造方法。
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