JPH05343790A - 半導体レーザ装置およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ３ビーム法による半導体レーザ装置で、サブ
ビームによる戻り光が半導体レーザチップのビーム射出
側に結像し、その反射ビームが本来のレーザビームと干
渉してトラッキングサーボに悪影響を及ぼさないように
する。 【構成】 半導体基板上に化合物半導体層が積層されて
半導体レーザウェハ１が形成され、前記半導体基板がラ
ッピングにより薄層化され、さらに化学的処理により歪
層１ａが除去されて両面に電極膜９、10が被着せられ、
ダイシングにより半導体レーザチップ２化される。前記
方法により半導体レーザチップ２が薄層化でき、30〜80
μｍ厚に形成された半導体レーザチップをサブマウント
にボンディングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置およ
びその製法に関する。さらに詳しくは、３ビーム法を用
いたレーザ装置で、ディスクで反射したサイドビームの
一部がビームスプリッタの回折格子を通り抜けて光源で
ある半導体レーザチップ側に戻ってきたレーザビーム
（以下、これを戻り光という）の半導体レーザチップ端
面での反射によるレーザビーム干渉を防止した半導体レ
ーザ装置およびその製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】小電流で連続発振が可能な半導体レーザ
は、光通信用のほか、コンパクト・ディスク・プレーヤ
あるいは光ディスクメモリ装置のピックアップ（情報読
み取り装置）用光源として多用されている。半導体レー
ザチップを収納保持する半導体レーザ装置の一般的なパ
ッケージ構造は、図４の20に示すように、コバルト、
銅、ニッケルなどの合金材料を高精度に加工した円板状
ステム23ａとボンディングポスト23ｂを備え、ボンディ
ングポスト23ｂに半導体レーザチップ22がサブマウント
28を介在させて固定され、この半導体レーザチップ22お
よびモニター用フォトダイオード24と、電極端子25ａ、
25ｂとを金線などで接続したのち、ガラスなどの透光窓
26を備える円筒状キャップケース27を円板状ステム23ａ
に被せて内部を密封し内部に不活性ガスを封入したもの
である。サブマウントの材質としては、放熱性に優れ、
かつ半導体レーザチップを構成する化合物半導体と熱膨
張係数が近似しているシリコンが一般に選択され、この
シリコンサブマウントでは、内部にモニター用フォトダ
イオードを作り込むこともできる。

【０００３】ところで、半導体レーザ装置20を光源とす
るピックアップ装置では、ディスク面に形成されている
ピット列上に正確にレーザビームスッポトを当てるた
め、トラッキングサーボ機構が不可欠であり、そのスポ
ットずれ検出には３ビーム法と呼ばれる方法が広く採用
されている。

【０００４】この方法は、図４に示すように、半導体レ
ーザチップ22から射出されるレーザビームを回折格子31
を通して３つのビームに分け（図４では両側の光線の反
射光が回折格子で分れた状態を点線で示している）、ハ
ーフミラー32で反射し、凸レンズ33を経るなど光学系を
通して図示しないディスク面上などに集光させるもの
で、元のビームをメインビーム、回折格子で作った２本
のビームをサブビームとし、両サブビームのディスクか
らの反射光強度差を検出してレンズなどから構成される
光学系装置の微調整駆動信号をうるものである。

【０００５】３ビーム法は検出精度に優れるが、この方
法ではディスクで反射したメインビームがビームスプリ
ッタの回折格子を通り抜けて再びサイドビームが形成さ
れて光源である半導体レーザチップ側に戻ることが知ら
れている。そしてこの戻ってきたレーザビーム（戻り
光）が、半導体レーザチップのビーム射出面やサブマウ
ントのレーザビーム射出側端面で焦点を結ぶ。

【０００６】このように戻り光がビーム射出面などで焦
点を結ぶと、そこで正反射されて再びディスク側に向か
い、戻り光の反射ビームが正規のビームと干渉し、トッ
ラキングサーボなどが不安定となる。

【０００７】この３ビーム法を用いたときの戻り光によ
るビーム干渉を防止するため、種々の対策が提案されて
いる。その一つとして半導体レーザチップのビーム射出
面やサブマウントのレーザビーム射出側端面における戻
り光が焦点を結ぶ戻り光入射領域に無反射膜をコーティ
ングしたり、黒色樹脂を塗布する手段があるが、先に述
べたとおり半導体レーザチップおよびサブマウント自体
が小さく、この手段の実施は量産性において不利であ
る。

【０００８】また、サブマウントにおける戻り光対策と
しては、サブマウント端面の戻り光入射領域を切欠加工
して傾斜させ、レーザビームの射出方向と異なる方向へ
反謝させたり（実開昭61-151362 号公報参照）、サブマ
ウント端面の戻り光入射領域を主面に対して傾斜角を有
する結晶の劈開面としてレーザビームの射出方向と異な
る方向へ反射させる方法（特開昭64-24488号公報参照）
などが講じられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、３ビーム法で
は、レーザビームを回折格子を通して３つのビームに分
けており、ディスク面で反射してレーザビーム射出側に
戻ってくる戻り光も再度回折格子を通って３つのビーム
に分けられ、２本のサブビームが半導体レーザチップの
ビーム射出面の上下両側にそれぞれ焦点を結ぶ。この反
射ビームが正規のビームと干渉してトラッキングサーボ
が不安定となるのは前述のとおりで、このレーザビーム
射出面の下側に結像するサブビームは前述のようにサブ
マウントの戻り光入斜領域を傾斜させて解決されている
ものの、レーザ射出面の上側に焦点を結ぶサブビームに
ついては、半導体レーザチップの端面を傾斜させる加工
をしたり、無反射膜をコーティングすることは量産上困
難であり、また、半導体レーザチップを薄くしようとす
ると歪みにより破損し 100μｍ以下にすることができな
い。そのため、このような微少な領域でサブビームが焦
点を結ぶ領域に選択的に無反射膜をコーティングする
か、または黒色樹脂を塗布することが試みられている
が、いずれも量産方法としては確立されていない。

【００１０】本発明の目的は半導体レーザチップの薄層
化加工をすることができる方法を提供し、半導体レーザ
チップの厚さを薄くして叙上の問題を解決することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザ装置は、平板上サブマウントの主面に半導体レーザチ
ップがボンディングされた半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザチップの厚さが30〜80μｍであること
を特徴とするものである。

【００１２】また、本発明による半導体レーザ装置の製
法は、半導体基板上に化合物半導体層を順次積層して半
導体レーザウェハが形成される工程、前記半導体基板が
機械的研磨して薄層化される工程、前記機械的研磨され
た面がさらに化学的処理される工程、前記処理された半
導体レーザウェハの両面に電極膜が形成される工程、お
よび各チップに切断分離しサブマウントにボンディング
する工程からなるものである。

【００１３】また、本発明による３ビーム方式ピックア
ップ装置は、前記半導体レーザ装置を使用して、回折格
子や光学系と組み合わせていることに特徴がある。

【００１４】さらに、本発明による光ディスク装置は、
前記ピックアップ装置が組み込まれていることを特徴と
している。

【００１５】

【作用】本発明の製法によれば、半導体レーザウェハの
基板をラッピングにより薄層化したのち、化学的処理で
ラッピングによる歪層を除去しているため、半導体レー
ザウェハに歪が残存せず、のちのハンドリングによって
も破損しない薄い半導体レーザウェハを形成できる。

【００１６】この方法により、半導体レーザチップを30
〜80μｍの厚さに形成することにより、３ビーム法によ
るサブビームも半導体レーザチップの発光面側には結像
せず、その反射ビームも生じないため、本来のビームと
の干渉などによる悪影響が生じない。

【００１７】

【実施例】半導体レーザチップは、たとえば図２にその
断面構造を示すように、200 〜500 μｍ厚のＧａＡｓ基
板12上にクラッド層３がたとえば、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_1-ｘ
Ａｓ（0.3 ≦ｘ≦0.7 ）層で厚さ約 1.3μｍ、ＭＢＥ法
によりエピタキシャル成長され、その上にさらに引き続
き約0.05μｍの厚さで活性層４としてｎ型Ａｌ_ｘＧａ
_1-ｘＡｓ（０≦ｘ≦0.2 ）層がエピタキシャル成長さ
れ、さらにその上に下クラッド層５としてｐ型Ａｌ_ｘＧ
ａ_1-ｘＡｓ（0.3 ≦ｘ≦0.7 ）層が約 0.3μｍエピタキ
シャル成長され、その上にさらに電流制限層６としてｎ
型ＧａＡｓ層が約 0.6μｍエピタキシャル成長され、エ
ッチングによりストライプ溝が形成され、電流の流れる
範囲が制限される。

【００１８】ついで、再度ＭＢＥ装置に基板を入れ、ま
ず基板を加熱しながら表面にヒ素分子線を照射すること
により、エッチング工程で付着した不純物を除去し（サ
ーマルクリーニング工程）、つぎに２回目のＭＢＥ工程
により上クラッド層７としてのｐ型Ａｌ_ｘＧａ_1-ｘＡｓ
（0.3 ≦ｘ≦0.7 ）層を約１μｍおよびキャップ層８と
してのｐ型ＧａＡｓ層を約３μｍエピタキシャル成長し
て積層する。そののち、ＧａＡｓ基板側をラッピングに
より研磨して薄層化し、上下に各々の電極膜９、10がそ
れぞれ約0.5 μｍ形成され、各チップに切断分割され
る。このチップを図３に示すように、半導体レーザチッ
プ２のキャップ層８がサブマウント28に面するように接
着し、前記両電極膜に電圧が印加されると、活性層４か
らビームが発光せられ、その境界面からサブマウント28
に平行なレーザビームが射出される。

【００１９】この半導体レーザチップ２の製造に関して
の製造方法、条件などは、従来より周知の方法で行わ
れ、また、積層構造などもこの構造に限らず、周知の他
の構造で製造することもできる。

【００２０】叙上のごとく、半導体レーザチップ２の発
光面は活性層４でチップ表面からわずか数μｍの位置に
あり、キャップ層８側をサブマウント28に接着すると殆
どサブマウント28の表面からレーザビームが射出される
ことになるが、ＧａＡｓ基板２が厚いため、図３に示す
ように、サブマウント28上に厚さを有して存在する。前
述のように、回折格子で分離されたサブビームの１本が
このレーザビームの射出面より上側のＰ点に戻ってくる
ため、不要な反射を起さないよう、半導体レーザチップ
の厚さを薄くすることが好ましいが、半導体レーザウェ
ハの状態でラッピングにより研磨して薄くすると、その
のちの半導体レーザウェハのハンドリング時に割れが発
生し、半導体レーザウェハの厚さを 100μｍより薄くす
ることができず、従来は100 〜120 μｍの厚さに形成さ
れていた。

【００２１】しかし、半導体レーザチップの厚さを 100
μｍ位に薄くしても、サブビームによる干渉を除去でき
ず、本発明者らはサブビームの焦点を結ぶ位置を調べた
結果、一般的にレーザビーム射出面からの距離Ｄが80μ
ｍ位を中心に±10μｍの範囲に焦点を結ぶことを見出し
た。したがって半導体レーザチップ２を薄くしてサブビ
ームの反射による影響をなくするためには、少なくとも
80μｍ以下にしなければならないことを見出した。

【００２２】前述のように、従来の機械的研磨によるラ
ッピングにより半導体レーザチップを 100μｍより薄く
すると、後工程で割れが発生し易く、実用的でなかっ
た。本発明者らは従来の半導体レーザウェハを 100μｍ
以下にするとハンドリング時に割れが発生する原因を種
々調べた結果、半導体レーザウェハを薄くラッピングす
るときに発生した歪層とハンドリング時に半導体レーザ
ウェハに加わる力との相互作用により割れが発生するこ
と、しかもこの歪はラッピングされた面の薄い層に集中
して残存し、その歪層が引金になって割れが発生するこ
とを見出した。そのため、ラッピング時に生じる歪層を
除去してハンドリング時の割れを防止することを試み
た。つぎに本発明の一実施例である半導体レーザ装置の
製法について図１を参照しながら説明する。

【００２３】まず前述のように、周知の方法でＧａＡｓ
基板にＡｌＧａＡｓ層などを積層して発光領域が形成さ
れた半導体レーザウェハ１を形成する。このときの半導
体レーザウェハ１の厚さは約 350μｍで、発光する活性
層４は半導体レーザウェハ１の表面から数μｍのところ
にあり、殆ど半導体レーザウェハ１の表面にある（図１
（ａ）参照）。

【００２４】つぎに、半導体レーザウェハの裏面すなわ
ち、ＧａＡｓ基板を裏面から機械的な作用による研磨を
行い、半導体レーザウェハ１の厚さを80μｍ位にする。
この際、半導体レーザウェハ１の裏面には歪が入ってお
り、歪層１ａが形成されている（図１（ｂ）参照）。

【００２５】つぎに、半導体レーザウェハ１の裏面の歪
層１ａの形成された部分をたとえば、次亜塩素酸ナトリ
ウム溶液でポリッシングして除去する。具体例として
は、次亜塩素酸ナトリウム溶液で約15分位ポリッシング
することにより、化学的作用により機械的歪層１ａが除
去され、半導体レーザウェハ１の厚さは65μｍ位になる
（図１（ｃ）参照）。この機械的歪層は機械的研磨によ
り発生するもので、化学的処理により化学的に薄層化す
れば歪層は除去される。従って次亜塩素酸ナトリウム溶
液のみならず、他の同様なポリッシング材を用いてポリ
ッシングしたり、または硫酸、過酸化水素、水の混液な
どでエッチングしてラッピングにより生じた機械的歪層
１ａ部分を除去することにより、のちのハンドリング時
に発生し易い割れを防止できる。

【００２６】つづいて、半導体レーザウェハ１の表面は
Ａｕのみで、裏面にはＡｕ−Ｇｅ合金などの金属材料を
スパッタリング法や蒸着法などで付着して電極膜９、10
を形成し、ダイシングしてチップ化し（図１（ｄ）参
照）、パッケージに組み込むことにより、半導体レーザ
装置が形成される。

【００２７】前述の化学処理をするのに、機械的研磨で
あるラッピングを行わないで、最初から化学的処理によ
る処理で薄層化することも考えられるが、機械的なスペ
ースなどで厚さを制御することができず、エッチング速
度を支配する温度、エッチング液の攪拌、ウェハ表面に
おける流速の制御などの非常に厳密な制御が必要であ
り、所望の精度、たとえば60μｍ±５μｍ程度の精度を
うることは困難である。

【００２８】従って、本発明では、半導体基板をまず機
械的研磨であるラッピングによりほぼ所望の厚さにした
のち、引き続きラッピングによる歪の加わった歪層をス
トレスのかからない化学的な処理、すなわちポリッシン
グとかエッチングにより除去して半導体レーザウェハの
歪をなくし、のちのハンドリング工程などでの割れを防
止するものである。

【００２９】本発明による半導体レーザウェハの薄層化
によれば、半導体レーザウェハに歪が残らないため、最
終的な厚さが30μｍ程度になっても割れなどの破損を生
じないで、取り扱えるようになった。すなわち、30μｍ
厚のウェハにしたばあい、従来の方法によれば、50枚行
って全て割れが発生したのに対し、本発明によれば、50
枚行って割れの発生したのは２枚だけであった。

【００３０】前述のように、サブビームの反射を防止す
るという観点からは半導体レーザウェハは薄い程良いわ
けであるが、薄くすればする程研磨の時間もかかるし、
また半導体レーザウェハの機械的強度が弱くなるため取
扱いを注意する必要があり、作業効率が低下する。一方
において、前述のようにサイドビームの戻ってくる位置
はレーザビーム光の射出面から80μｍの位置が中心とな
り、そこから±10μｍの範囲内に入っているため、無制
限に薄くなくても、30〜80μｍの厚さに形成されれば、
戻り光の半導体レーザチップからの反射は殆どなくな
る。しかしさらに好ましくは50〜70μｍの厚さにする
と、戻り光のサブビームは殆ど半導体レーザチップの端
面には当らず、影響を受けないし、また無用に薄くする
必要がなく、研磨工数を最小限に抑えることができると
共に、その後の取扱いも無用な神経を使わないで、ハン
ドリングすることができる。

【００３１】この半導体レーザチップを前述のようにサ
ブマウントにボンディングして他のモニター用フォトダ
イオードなどと共にパッケージに組み込んで半導体レー
ザ装置とされる。

【００３２】この半導体レーザ装置を前述のように回折
格子とハーフミラー、凸レンズなどの光学系と組み合わ
せて３ビーム方式のピックアップ装置が構成される。

【００３３】さらに、このピックアップ装置はコンパク
トディスクプレーヤ、２Ｄプレーヤ、ＣＤ−ＲＯＭプレ
ーヤ、光磁気記憶装置などの光ディスク装置に組み込ま
れてディスク面の検出に供せられる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、半導体レーザウェハの
基板側をラッピングによる機械的研磨をしたのち、歪層
を除去するため化学的処理をして半導体レーザチップを
薄層化しているため、半導体レーザウェハを30〜80μｍ
の厚さに薄く形成できる。

【００３５】その結果、この薄い半導体レーザチップを
使用してレーザ装置を構成することにより、回折格子で
スプリットされたサブビームの反射を防止でき、正規ビ
ームとの干渉がなくなり、安定したトラッキングサーボ
ができ、ディスク面などの検出を正確にでき、レーザ装
置を使用したピックアップの信頼性を大幅に向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である半導体レーザチップの
製法を説明する図である。

【図２】本発明の一実施例である半導体レーザチップの
構造説明図である。

【図３】半導体レーザチップがサブマウントに接着さ
れ、レーザビームの射出方向を説明する図である。

【図４】半導体レーザ装置の概略構造図と３ビーム法を
説明するための概略図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザウェハ １ａ 歪層 ２ 半導体レーザチップ ９、10 電極膜 28 サブマウント

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板上サブマウントの主面に半導体レー
   ザチップがボンディングされた半導体レーザ装置であっ
   て、前記半導体レーザチップの厚さが30〜80μｍである
   ことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 （ａ）半導体基板上に化合物半導体層を
   順次積層して半導体レーザウェハが形成される工程、 （ｂ）前記半導体基板が機械的研磨により薄層化される
   工程、 （ｃ）前記機械的研磨された面がさらに化学的処理され
   る工程、 （ｄ）前記処理された半導体レーザウェハの両面に電極
   膜が形成される工程、および （ｅ）各チップに切断分離しサブマウントにボンディン
   グする工程 からなる半導体レーザ装置の製法。
3. 【請求項３】 半導体レーザ装置と回折格子と光学系と
   からなる３ビーム方式ピックアップ装置であって、半導
   体レーザ装置に請求項１記載の半導体レーザ装置を使用
   したことを特徴とする３ビーム方式ピックアップ装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のピックアップ装置が組み
   込まれた光ディスク装置。