JP6288010B2 - 半導体レーザ素子及び当該素子から情報を取得する方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体レーザ素子及び当該素子から情報を取得する方法に関する。

１枚のウエハから作製される個々の半導体レーザ素子に、所定の情報を読み取り可能なパターンを形成する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１４−２１６４４８号公報

しかしながら、パターンの微細化には限界がある。したがって、一のパターンを形成できないサイズにまで小型化された半導体レーザ素子に対しては、所定の情報を持たせることができない虞がある。

上記の課題は、例えば、次の手段により解決することができる。

第１主面及び第２主面を有する基板と、前記第１主面に設けられた、活性層を有する半導体積層体と、前記第１主面側と前記第２主面側のいずれか一方もしくは双方に設けられ、所定の情報を読み取り可能な一のパターンが分割された複数のサブパターンと、を備える半導体レーザ素子。

半導体レーザ素子を準備する工程と、前記準備した半導体レーザ素子が有する複数のサブパターンの画像を撮影する工程と、前記撮影した複数のサブパターンの画像を結合して一のパターンの画像を生成する工程と、前記生成した一のパターンの画像から所定の情報を得る工程と、を有する半導体レーザ素子から情報を取得する方法。

上記の手段によれば、一のパターンを形成できないサイズにまで小型化された半導体レーザ素子に対しても、所定の情報を持たせることができる。また、このような半導体レーザ素子から所定の情報を取得する方法を提供することができる。

実施形態１に係る半導体レーザ素子の模式的斜視図である。 実施形態１に係る半導体レーザ素子の模式的上面図である。 実施形態１に係る半導体レーザ素子の模式的下面図である。 実施形態２に係る半導体レーザ素子の模式的上面図である。 実施形態２に係る半導体レーザ素子の模式的下面図である。 実施形態３に係る半導体レーザ素子の模式的上面図である。 実施形態３に係る半導体レーザ素子の模式的下面図である。

［実施形態１に係る半導体レーザ素子］
図１Ａから図１Ｃは実施形態１に係る半導体レーザ素子の模式図であり、図１Ａは斜視図、図１Ｂは上面図、図１Ｃは下面図である。図１Ａから図１Ｃに示すように、実施形態１に係る半導体レーザ素子１は、第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂを有する基板１０と、第１主面１０ａに設けられた、活性層２４を有する半導体積層体２０と、第１主面１０ａ側と第２主面１０ｂ側のいずれか一方もしくは双方に設けられ、所定の情報を読み取り可能な一のパターン３０が分割された複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄと、を備える半導体レーザ素子である。以下、詳細に説明する。

（基板１０）
基板１０は第１主面１０ａと第２主面１０ｂを有している。基板１０には例えばＧａＮ等の窒化物半導体を用いることができる。

（半導体積層体２０）
半導体積層体２０は基板１０の第１主面１０ａに設けられる。半導体積層体２０は活性層２４を有している。より具体的には、例えば、基板１０側から順に、ｎ側半導体層２２、活性層２４、及びｐ側半導体層２６を有している。これらの各層は例えば窒化物半導体を用いて形成される。ｎ側半導体層２２は、通常、複数のｎ型半導体層からなるが、一部にアンドープの層を有していてもよい。同様に、ｐ側半導体層２６は、通常、複数のｐ型半導体層からなるが、一部にアンドープの層を有していてもよい。活性層２４は例えば多重量子井戸構造または単一量子井戸構造を有する。半導体積層体２０の上面にはリッジＲが形成されている。リッジＲが形成された領域が光導波路領域である。半導体積層体２０は光出射面２０ａと光反射面２０ｂを有している。

（複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄ）
複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄは所定の情報を読み取り可能な一のパターン３０が分割されたものである。すなわち、各サブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、所定の情報を読み取り可能な一のパターン３０の一部であって、全てのサブパターンで一のパターンを構成することができる。一つ一つのサブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄからは所定の情報を読み取ることができないが、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄを所定の規則に従い結合させると、所定の情報を読み取り可能な一のパターン３０が得られる。一つ一つのサブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは一のパターン３０よりサイズが小さい。一のパターン３０は、例えば二次元コードなどであるが、その内容・種類などは特に限定されない。一つのサブパターンは、サブパターン３０ａ、サブパターン３０ｂ、サブパターン３０ｃなどのように複数の小片から構成されていてもよいし、サブパターン３０ｄなどのように一つの小片から構成されていてもよい。

所定の情報は、例えば、ウエハ内での位置情報（例：ウエハ内の何行目何列目の素子）である。このような情報を個々の半導体レーザ素子１に持たせれば、ウエハを個片化する前に発見した不良（例：形成不良、ゴミの付着）がウエハにおけるどの半導体レーザ素子１に影響するのかを正確に把握し、個片化前の良品検査の結果に基づいて個片化後に不良品を適切に取り除くことができる。また、半導体レーザ素子１の特性や故障状況等をウエハ内での位置情報と紐付けて解析することができる。このような解析により製造工程の改善等を行うことができる。なお、所定の情報は一種類の情報に限らず、複数種類の情報を含んでもよい。

複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄは基板１０の第１主面１０ａ側と第２主面１０ｂ側のいずれか一方もしくは双方に設けることができる。本実施形態では複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄが基板１０の第１主面１０ａ側に設けられている。基板１０の第１主面１０ａ側に設けるとは例えば半導体積層体２０の上面に設けることであり、基板１０の第２主面１０ｂ側に設けるとは例えば基板１０の第２主面１０ｂそのものに設けることである。

一のパターン３０の上面視形状が一方向に長い長方形状である場合、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄは一のパターン３０をその長辺に対して平行に分割してなる形状であることが好ましい。換言すれば、各サブパターンの上面視形状は長方形状であって、各サブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの長手方向の長さは他のサブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄのそれに等しく、且つ、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄの短手方向の長さの合計は一つのサブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの長手方向の長さに満たないことが好ましい。このようにすれば一のパターン３０の幅（短手方向の長さ）よりも一つ一つのサブパターンの幅が小さくなるため、より幅狭の領域にサブパターン３０ａ〜３０ｄを配置することができる。このような形状は、特に、後述する半導体積層体２０の上面視形状が一方向に長い長方形状である場合に適している。なお、一のパターン３０及び各サブパターン３０ａ〜３０ｄの上面視形状とは、所定の情報を読み取るために必要な領域の上面視形状を指す。一例として一のパターン３０が二次元コードである場合を挙げる。この場合、図１Ｂに示すように一のパターン３０を構成する部材自体の外縁は長方形ではないが、一のパターン３０によって表わされる二次元コードの外縁が長方形である。しがたって、図１Ｂに示す一のパターン３０の上面視形状は長方形である。なお、本実施形態では、一のパターン３０が４つのサブパターン３０ａ〜３０ｄに分割されるものとするが、一のパターン３０をいくつのサブパターンに分割するのかは特に限定されない。

各サブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、一のパターン３０が二次元コードである場合、１つのセル（一般に、二次元コードは複数のセルから構成される。）を最小単位として分割された形状を有していることが好ましい。すなわち、各サブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの形状は一つのセルが２以上に分断された形状ではないことが好ましい。１つのセルを最小単位とすれば、一つ一つのサブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄをより正確に画像認識することができる。また、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄを一つの画像に統合する際により正確に統合することができる。

一のパターン３０が二次元コードである場合、二次元コードは、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄを構成する部材（金属層等）の存在する領域と存在しない領域の両方によって構成される。複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄを構成する部材の存在しない領域が二次元コードの一部であるか単なる余白であるかをより正確に判定するためには、一つ一つのサブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの最少幅は２つのセル以上であることが好ましい。なお、図１Ｂに示す例では、各サブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを構成する矩形のうちの最小の正方形が一つのセルである。

半導体積層体２０の上面視形状が長方形状である場合、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄはその長辺が半導体積層体２０の長辺に沿うように配置されていることが好ましく、半導体積層体２０の長辺と光導波路領域の延伸方向との双方に沿うよう配置されていることがより好ましい。このようにすれば、長辺と短辺を有する長方形状の半導体積層体２０において、短辺をより短くすることができる。また、半導体レーザ素子１の光導波路領域は、通常、その上面視形状が長方形状又はそれに類似する一方向に延伸した形状である。したがって、半導体積層体２０の面積（上面視形状の面積）を小さくするためには、半導体積層体２０の上面視形状を光導波路領域の延伸方向に長い長方形状とすることが適している。そして、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄがその長辺が半導体積層体２０の長辺に沿うように配置されることで、半導体積層体２０の幅（短辺の長さ）の増大を抑制することができるため、半導体レーザ素子１をより小型化することができる。

一のパターン３０が４つのサブパターン３０ａ〜３０ｄに分割される場合、各サブパターン３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、上面視において、半導体積層体２０の四隅近傍に配置されていることが好ましい。図１Ｂに示すように、光導波路領域は、光出射面２０ａと光反射面２０ｂを除いて半導体積層体２０の外縁から離間した位置に配置されるため、半導体積層体２０の外縁と光導波路領域との間に必然的に余白が生じる。このような余白部分に複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄを配置することで、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄを設けることによる半導体積層体２０の面積の増大を抑制することができる。このような配置は、本実施形態のように、上面視において半導体積層体２０の２つの長辺の中間に光導波路領域が配置されている場合に特に好ましい。一方、光導波路領域が半導体積層体２０の２つの長辺のうちいずれか一方の側に寄って配置されている場合は、光導波路領域の両側の領域に面積の大小関係が生じる。この場合は、後述するように、大面積の方に一のパターン３０を２つに分割した２つのサブパターンを配置してもよい。また、電極のワイヤ等を接続するための領域は半導体積層体２０の中央付近に配置されるため、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄは半導体積層体２０の中央付近を避けて配置することが好ましい。これにより、ワイヤボンディング等のし易さを向上させることができる。基板１０の第２主面１０ｂ側に設ける場合も同様である。すなわち、複数のサブパターンは半導体積層体２０の中央付近を避けて配置することが好ましく、これによりワイヤボンディング等のし易さを向上させることができる。

本実施形態では、４つのサブパターン３０ａ〜３０ｄは一のパターン３０を均等に４分割した形状であるが、一のパターン３０をどのように分割するかは光導波路領域の位置に応じて適宜選択することができる。なお、リッジＲの上はサブパターン３０ａ〜３０ｄの形成が困難であり、また、光導波路領域にサブパターン３０ａ〜３０ｄを設けるとレーザ光への影響が懸念されるため、上面視において複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄは光導波路領域から離間していることが好ましい。

複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄは、基板１０の第１主面１０ａ側及び第２主面１０ｂ側の少なくともいずれか一方に設けることができる。半導体レーザ素子１をパッケージ等に実装した後に複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄから容易に情報を読み取るためには、半導体レーザ素子１の実装面とは反対の面側にすべてのサブパターン３０ａ〜３０ｄを配置することが好ましい。

複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄは例えばＮｉ、Ｐｔなどの金属材料からなる。複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄを絶縁材料で構成することも可能であるが、金属材料を用いることで視認性を向上させることができる。サブパターン３０ａ〜３０ｄをより微細化するためには、すなわちサブパターン３０ａ〜３０ｄをより小面積化するためには、サブパターン３０ａ〜３０ｄの厚みは小さいことが好ましい。例えば、半導体レーザ素子１のｐ電極４０及びｎ電極５０の少なくともいずれか一方の厚みよりも小さいことが好ましい。また、サブパターン３０ａ〜３０ｄの厚みは２００ｎｍ以下であることが好ましい。サブパターン３０ａ〜３０ｄが金属材料からなる場合は、短絡を防ぐために、半導体積層体２０及び／又は基板１０との間にＳｉＯ_２等の絶縁膜６０を設けることが好ましい。

複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄは、例えば、次のようにして作製することができる。まず、ウエハ上にＳｉＯ_２膜を成膜した後、フォトレジストを塗布し、所定のパターンが描画されたマスクを使用して露光を行う。次いで、感光したフォトレジストを現像し、その後、ウエハの全面にスパッタ膜を付着させる。次いで、パターニングしたレジストを剥離液に浸漬し、リフトオフする。このとき、スパッタ膜のうちレジストに付着した部分がレジストと共に除去され、レジストが無い領域に残存した部分がサブパターン３０ａ〜３０ｄとなる。

（ｐ電極４０、ｎ電極５０）
半導体レーザ素子１は、基板１０の第１主面１０ａ側にｐ電極４０を有していてもよく、基板１０の第２主面１０ｂ側にｎ電極５０を有していてもよい。この場合、基板１０はｎ型ＧａＮ等の導電性材料からなる。複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄが金属材料からなる場合、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄは、ｐ電極４０やｎ電極５０と短絡しないよう、またｐ電極４０やｎ電極５０などと誤認識されないよう、ｐ電極４０とｎ電極５０の双方から離間して配置されることが好ましい。ｐ電極４０やｎ電極５０にはＮｉ、Ｐｄ、Ａｕなど通常の電極材料を用いることができる。ｐ電極４０とｎ電極５０の両方を半導体積層体２０の上面に配置してもよい。ただし、半導体レーザ素子１の小型化のためには、本実施形態のようにｐ電極４０とｎ電極５０をそれぞれ基板１０の異なる側に配置することが好ましい。ｐ電極４０は、少なくともリッジＲの上面においてｐ側半導体層２６と接触する第１層４２と、第１層４２よりも大きな面積であって第１層４２上に配置される第２層４４と、を有していてもよい。この場合、第２層４４の表面にワイヤ等の外部と電気的に接続する部材が設けられる。

以上説明した実施形態１によれば、一のパターン３０そのものではなく、一のパターン３０の一部である各サブパターン３０ａ〜３０ｄが、基板１０の第１主面１０ａ側と第２主面１０ｂ側の少なくともいずれか一方に設けられる。一つ一つのサブパターン３０ａ〜３０ｄからは情報を読み取ることができないが、各サブパターン３０ａ〜３０ｄを所定の規則に従い結合させると、所定の情報を読み取り可能な一のパターン３０が得られる。したがって、一のパターン３０を形成できない程度にまで小型化された半導体レーザ素子１に対しても、所定の情報を持たせることができる。

［実施形態２に係る半導体レーザ素子２］
図２Ａ及び図２Ｂは実施形態２に係る半導体レーザ素子の模式図であり、図２Ａは上面図、図２Ｂは下面図である。図２Ａ、図２Ｂに示すように、本実施形態においては、一のパターン３０が８つのサブパターン３０ｅ〜３０ｌに分割される。各サブパターン３０ｅ〜３０ｌは基板１０の第１主面１０ａと第２主面１０ｂとに分散して配置される。実施形態２の半導体レーザ素子２によれば、サブパターン３０ｅ〜３０ｌを設けるために必要な領域の幅を実施形態１の半導体レーザ素子１よりも小さくすることができる。したがって、サブパターン３０ｅ〜３０ｌと電極等との離間距離をより余裕をもって確保することができる。あるいは、半導体レーザ素子をより小型化することができる。なお、サブパターンの数以外は実施形態１と同様の構造を採用することができる。

［実施形態３に係る半導体レーザ素子３］
図３Ａ及び図３Ｂは実施形態３に係る半導体レーザ素子の模式図であり、図３Ａは上面図、図３Ｂは下面図である。図３Ａ、図３Ｂに示すように、本実施形態においては、一のパターン３０が２つのサブパターン３０ｍ、３０ｎに分割される。各サブパターン３０ｍ、３０ｎは、上面視において、半導体積層体２０の光出射面２０ａの近傍と光反射面２０ｂの近傍とに配置されている。なお、サブパターンの数と後述するリッジの位置以外は実施形態１と同様の構造を採用することができる。

本実施形態において、リッジＲは、上面視において、半導体積層体２０の一方側寄りに形成されている。このため、リッジＲの一方側には複数のサブパターンを配置するスペースがほとんどない。このようにリッジＲの一方側にほとんどスペースがなく、他方側に複数のサブパターンをまとめて配置する場合には、一のパターン３０を２つのサブパターン３０ｍ、３０ｎに分割することが好ましい。３つ以上のサブパターンに分割するとこれらのサブパターンをリッジＲの延伸方向に並べて配置したときに半導体積層体２０の中央部分の余白が小さくなり、電極のワイヤ等を接続可能な領域の面積が小さくなるためである。

本実施形態において、複数のサブパターン３０ｍ、３０ｎは、基板１０の第１主面１０ａ側ではなく、基板１０の第２主面１０ｂ側に設けられてもよい。

［実施形態４：半導体レーザ素子１から情報を取得する方法］

（第１工程）
ここでは、実施形態１に係る半導体レーザ素子１を例に挙げて説明する。まず、実施形態１に係る半導体レーザ素子１を準備する。具体的には、パッケージ等に実装されていない状態の半導体レーザ素子１やパッケージ等に実装された状態の半導体レーザ素子１を準備する。

（第２工程）
次に、準備した半導体レーザ素子１が有する複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄの画像を撮影する。撮影は複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄのうち少なくとも一つが含まれる領域を対象に行えばよい。例えば、個々のサブパターン３０ａ〜３０ｄの画像を１つずつ撮影してもよいし、複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄの画像をまとめて作成してもよい。なお、一つの半導体レーザ素子１の全体が含まれる領域を撮影すれば、１回の撮影により、一つの半導体レーザ素子１に設けられているすべてのサブパターン３０ａ〜３０ｄの画像を得ることができるため、手間が省ける。

（第３工程）
次に、撮影した複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄの画像を結合して一のパターン３０の画像を生成する。例えば、第２工程で得た画像からサブパターン３０ａ〜３０ｄの部分のみを切り出し、これらを所定の規則に従い結合して一のパターン３０の画像を生成する。複数のサブパターン３０ａ〜３０ｄの設計は一のパターン３０を所定の規則に従って複数に分割することにより行うため、これと逆の手順で結合させればよい。例えば、実施形態１に係る半導体レーザ素子１であれば、一のパターン３０を一のパターン３０の長手方向に沿って４等分し、上面視において最上にある部分を半導体積層体２０の右上隅に配置し、上から２番目の部分を右下隅、上から３番目の部分を左上隅、最下にある部分を左下隅に配置している（図１Ｂ参照）。したがってこの場合であれば、半導体積層体２０の右上隅に配置されたサブパターン３０ａを最上として、下に向かって、右下隅のサブパターン３０ｂ、左上隅のサブパターン３０ｃ、左下隅のサブパターン３０ｄがこの順に並ぶように結合した画像を生成すればよい。

（第４工程）
次に、生成した一のパターン３０の画像から所定の情報を得る。情報の取得には一のパターン３０に適した情報取得装置を用いることができる。例えば一のパターン３０が二次元コードである場合は、二次元コードリーダーを用いればよい。このようにして、半導体レーザ素子１から所定の情報を取得することができる。

なお、説明は省略するが、実施形態２に係る半導体レーザ素子２及び実施形態３に係る半導体レーザ素子３についても、上記した実施形態１に係る半導体レーザ素子１と同様に情報を取得することができる。

以上、実施形態について説明したが、これらの説明は特許請求の範囲に記載された構成を何ら限定するものではない。

１、２、３ 半導体レーザ素子
１０ 基板
１０ａ 第１主面
１０ｂ 第２主面
２０ 半導体積層体
２０ａ 光出射面
２０ｂ 光反射面
２２ ｎ側半導体層
２４ 活性層
２６ ｐ側半導体層
３０ 一のパターン
３０ａ〜３０ｎ サブパターン
４０ ｐ電極
４２ 第１層
４４ 第２層
５０ ｎ電極
６０ 絶縁膜
Ｒ リッジ

Claims (6)

1. 第１主面及び第２主面を有する基板と、
   前記第１主面に設けられた、活性層を有する半導体積層体と、
   前記第１主面側と前記第２主面側の双方に設けられ、所定の情報を読み取り可能な一のパターンが分割された複数のサブパターンと、を備え、
   前記基板及び前記半導体積層体の上面視形状は、それぞれ、一方向に長い長方形状であり、
   前記一のパターンは複数のセルから構成される二次元コードであり、
   前記一のパターンの上面視形状が一方向に長い長方形状であり、
   前記複数のサブパターンは、前記一のパターンをその長辺に対して平行に、前記セルの１つ分が短辺となる長方形状に分割してなり、それぞれ、その長辺が前記基板及び前記半導体積層体の長辺に沿うよう配置されている半導体レーザ素子。
2. 前記複数のサブパターンは、
   上面視においては、前記半導体積層体の四隅近傍に配置されており、
   下面視においては、前記基板の四隅近傍に配置されている請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記一のパターンの短辺の長さは、前記セルの８つ分の長さに相当し、
   前記複数のサブパターンは、前記一のパターンをその長辺に対して平行に８等分してなる請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記第１主面側にｐ電極を有し、
   前記第２主面側にｎ電極を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
5. 前記複数のサブパターンは、金属材料からなり、前記ｐ電極と前記ｎ電極の双方から離間して配置されている請求項４に記載の半導体レーザ素子。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子を準備する工程と、
   前記準備した半導体レーザ素子が有する複数のサブパターンの画像を撮影する工程と、
   前記撮影した複数のサブパターンの画像を結合して一のパターンの画像を生成する工程と、
   前記生成した一のパターンの画像から所定の情報を得る工程と、
   を有する半導体レーザ素子から情報を取得する方法。

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