(57)【要約】【課題】レーザダイオードアレイ構造の成長後にサファイア基板を除去して、レーザダイオードアレイへの電気的コンタクトの形成の簡略化と特別な構造の使用の回避、更に優れたヒートシンクのレーザダイオードアレイへの取り付けを、可能にする。【解決手段】レーザダイオードアレイ構造を備えた半導体膜の成長後に、半導体膜のサファイア基板側と反対側に支持基板１１０５を取り付ける。その後、サファイア基板を除去する。サファイア基板の除去後、熱伝導性基板１１３８をサファイア基板があった側に取り付ける。サファイア基板が除去されているので、レーザダイオードアレイへ電気的コンタクトを設けるのに特別な構造が不必要となり、又、より効果的なヒートシンク効果を得ることができる。【選択図】図２２
2011055003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、
第１の側の上に取り付けられた絶縁性基板を有する半導体膜を準備するステップと、
前記半導体膜の第２の側に支持基板を取り付けるステップと、
レーザ光に露光することによって前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、
前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、
前記半導体膜の前記第１の側に熱伝導性基板を取り付けるステップと、
前記半導体膜の前記第２の側から前記支持基板を除去するステップと、
を含むことを特徴とする窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法。
【請求項２】
窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、
第１の結晶面を有し、第１の側に取り付けられた絶縁性基板と第２の側に取り付けられた複数の電極とを有する半導体膜を準備するステップと、
前記半導体膜の前記第２の側に支持基板を取り付けるステップと、
レーザ光に露光することによって前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、
前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、
前記半導体膜の前記第１の側に、第２の結晶面を有する熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合するように取り付けるステップと、
前記半導体膜の前記第２の側から前記支持基板を除去するステップと、
を含むことを特徴とする窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法。
【請求項３】
窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、
第１の側の上に取り付けられた絶縁性基板を有する半導体膜を準備するステップと、
前記半導体膜の第２の側に熱導電性基板を取り付けるステップと、
レーザ光に露光することによって前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、
前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、
を含むことを特徴とする窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法。
【請求項４】
窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、
第１の結晶面を有し、第１の側に取り付けられた絶縁性基板と第２の側に取り付けられた複数の電極とを有する半導体膜を準備するステップと、
前記半導体膜の前記第２の側に、第２の結晶面を有する熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合するように取り付けるステップと、
レーザ光に露光することによって前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、
前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、
を含むことを特徴とする窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法。
【請求項５】
窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、
第１の結晶面を有し、第１の側に取り付けられた絶縁性基板と第２の側に取り付けられた複数の電極とを有する半導体膜を準備するステップと、
前記半導体膜の前記第２の側に、第２の結晶面を有する熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合するように取り付けるステップと、
レーザ光に露光することによって前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、
前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、
前記メタル層及び前記半導体膜を２つの分離された部分に分けるトレンチを、前記メタル層及び前記半導体膜を通ってエッチングするステップと、
を含むことを特徴とする窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザダイオードの分野に関して、特に短波長窒化物レーザダイオードアレイの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
短波長の窒化物レーザダイオードは、レーザ印刷操作及びその他の用途において、赤外（ＩＲ）レーザダイオードに比べて、スポットサイズがより小さく且つ焦点深度がより良好である。シングルスポット窒化物レーザダイオードは、光ストレジのような分野の用途を有している。
【０００３】
高速レーザ印刷の用途に対しては、レーザダイオードアレイが望ましい。高速及び高解像度での印刷は、ポリゴンの回転速度、レーザのターンオン回数、及びレーザパワーに関する基本的な制約のために、レーザダイオードアレイを必要とする。レーザダイオードアレイは、以前は、赤色及び赤外レーザダイオード構造を用いて使用されてきている。２重スポット赤色レーザ及び４重スポット赤外レーザが、レーザ印刷のために使用されてきている。
【０００４】
ＡｌＧａＩｎＮのような更に大きなバンドギャップの半導体化合物に基づくレーザダイオードが開発されてきている。近紫外（ｎｅａｒ−ＵＶ）から紫色（バイオレット；ｖｉｏｌｅｔ）にかけての周波数域での優れた半導体レーザ特性が、特に日本の日亜化学工業によって確立されてきている。例えば、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ及びＧ．Ｆａｓｏｌの「青色レーザダイオード−ＧａＮをベースにした発光体及びレーザ（Ｔｈｅ  Ｂｌｕｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  −  ＧａＮ  ｂａｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｅｒｓ  ａｎｄ  Ｌａｓｅｒｓ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社（１９９７）を参照されたい。
【０００５】
２重スポットレーザを更に短い波長域へ拡張することによって、より高解像度での印刷を可能にしている。短波長レーザダイオードアレイの構造は、窒化物をベースにした窒化物レーザダイオードがアレイ中で使用されるときには、異なったものになる必要がある。これは、劈開の代わりにドライエッチングによってミラーを形成する必要があること、及び、たいていの窒化物デバイスはサファイアのような絶縁性基板の上に成長されるからである。
【０００６】
カリフォルニア大学のグループが、ＵＶエキシマレーザを使用して、サファイア基板からＧａＮ膜を分離する技術を開発している。カリフォルニア大学の技術は、紫外エキシマレーザを使用して、サファイア基板との界面でＧａＮ層の薄い部分を分解する。エキシマレーザの光束（フラックス；ｆｌｕｘ）を適切に調節することによって、界面のＧａＮが、最小限のダメージでＧａとＮとに分解される。引き続いて、融点が３０℃である残存Ｇａメタルを膜−基板の界面でゆっくりと加熱することで、ＧａＮ膜が除去される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
絶縁性基板を使用する構造は、窒化物４重スポットダイオードレーザ及び面発光型デュアル４重スポットレーザダイオードアレイの経済的な形成を可能にする。現在のところ、最も進んだ窒化物シングルレーザ構造は、絶縁性サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板の上に成長される。レーザダイオードアレイに対する絶縁性基板の使用は、レーザダイオードのための電気的コンタクトの形成にあたって、特別な問題を生じさせる。導電性基板が使用されている場合とは対照的に、絶縁性基板では、アレイ中の全レーザダイオードに対して共通の裏面コンタクトを形成することができない。このため、絶縁性基板の上のレーザダイオードアレイに対して電気的コンタクトを設けるためには、特別な構造を使用する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明は、窒化物レーザダイオードアレイの構造であって、複数の活性層を含み且つ第１の結晶面を有している半導体膜と、第２の結晶面を有し且つ前記半導体膜を支持し、前記熱伝導性基板と前記複数の活性層との間の熱的な結合を強化する熱圧着結合によって前記半導体膜に取り付けられている熱伝導性基板と、前記半導体膜と前記熱伝導性基板との間に設けられたメタル層と、前記レーザダイオードアレイを電気的にバイアスする複数の電極と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の本発明は、窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、第１の側の上に取り付けられた絶縁性基板を有する半導体膜を準備するステップと、前記半導体膜の第２の側に支持基板を取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、前記半導体膜の前記第１の側に熱伝導性基板を取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第２の側から前記支持基板を除去するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の本発明は、窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、第１の結晶面を有し、第１の側に取り付けられた絶縁性基板と第２の側に取り付けられた複数の電極とを有する半導体膜を準備するステップと、前記半導体膜の前記第２の側に支持基板を取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、前記半導体膜の前記第１の側に、第２の結晶面を有する熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合するように取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第２の側から前記支持基板を除去するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の本発明は、窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、第１の側の上に取り付けられた絶縁性基板を有する半導体膜を準備するステップと、前記半導体膜の第２の側に熱導電性基板を取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第５の本発明は、窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、第１の結晶面を有し、第１の側に取り付けられた絶縁性基板と第２の側に取り付けられた複数の電極とを有する半導体膜を準備するステップと、前記半導体膜の前記第１の側に、第２の結晶面を有する熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合するように取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第６の本発明は、窒化物レーザダイオードアレイ構造の製造方法であって、第１の結晶面を有し、第１の側に取り付けられた絶縁性基板と第２の側に取り付けられた複数の電極とを有する半導体膜を準備するステップと、前記半導体膜の前記第１の側に、第２の結晶面を有する熱伝導性基板を、前記第１及び第２の結晶面が整合するように取り付けるステップと、前記半導体膜の前記第１の側から前記絶縁性基板を除去するステップと、前記半導体膜の前記第１の側の上にメタル層を配置するステップと、前記メタル層及び前記半導体膜を２つの分離された部分に分けるトレンチを、前記メタル層及び前記半導体膜を通ってエッチングするステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
レーザダイオードアレイ構造を成長させた後に絶縁性基板を除去すれば、レーザダイオードアレイへの電気的コンタクトの形成が簡略化されて、特別な構造の使用が回避され、更に、優れたヒートシンクをレーザダイオードアレイに取り付けることが可能になる。レーザダイオードアレイは、基板の除去の前後に、はんだ付け、熱圧着結合、或いはその他の手段で、熱伝導性ウエハに取り付けられてもよい。絶縁性基板の除去後に熱伝導性基板を取り付けるには、中間ステップとして支持基板を取り付ける必要がある。絶縁性基板の除去前にレーザダイオードアレイに熱伝導性ウエハを取り付ければ、レーザダイオードアレイのレーザ活性層に近い側の上で熱伝導性基板を位置決めすることができる。これにより、絶縁性基板の除去後にレーザダイオードアレイを熱伝導性基板に取り付ける場合に比べて、より効果的なヒートシンク効果を得ることができる。取り付けプロセス中に窒化物レーザ膜を熱伝導性基板に適切に位置合わせすれば、劈開ミラー端面が形成され得る。エッチングではなく劈開によるミラー端面は、完全に並行且つ垂直でスムースなミラー対を形成する。
【発明の効果】
【００１５】
絶縁性基板の上のレーザダイオードアレイに対して電気的コンタクトを設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造のレイアウトの上面図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造のレイアウトの上面図である。
【図４】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造のレイアウトの上面図である。
【図５】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造のレイアウトの上面図である。
【図６】図５の断面図である。
【図７】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造の各層を示す断面図である。
【図８】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断面図である。
【図９】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断面図である。
【図１０】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断面図である。
【図１１】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断面図である。
【図１２】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造の製造ステップを示す断面図である。
【図１３】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造を示す断面図である。
【図１４】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造を示す断面図である。
【図１５】本発明に従ったある実施形態における４重スポットレーザダイオード構造の各層を示す断面図である。
【図１６】本発明に従ったある実施形態における２重スポットレーザダイオード構造を示す断面図である。
【図１７】本発明に従ったある実施形態における、２重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図１８】本発明に従ったある実施形態における、２重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図１９】本発明に従ったある実施形態における、２重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図２０】本発明に従ったある実施形態における、２重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図２１】本発明に従ったある実施形態における、２重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図２２】本発明に従ったある実施形態における、２重スポットレーザ構造からのサファイア成長基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図２３】シリコン及びＩｎＧａＡｌＮ膜の結晶面を示す図である。
【図２４】本発明に従ったある実施形態におけるＩｎＧａＡｌＮ膜の劈開端面を示す図である。
【図２５】シリコン及びＩｎＧａＡｌＮ膜の結晶面を示す図である。
【図２６】本発明に従ったある実施形態におけるＩｎＧａＡｌＮ膜の劈開端面を示す図である。
【図２７】本発明に従ったある実施形態における、電子ドライバチップ上への窒化物レーザアレイの集積を示す断面図である。
【図２８】本発明に従ったある実施形態における、電子ドライバチップ上に形成された回路を示す図である。
【図２９】本発明に従ったある実施形態における、共通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図３０】本発明に従ったある実施形態における、共通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図３１】本発明に従ったある実施形態における、共通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す図である。
【図３２】本発明に従ったある実施形態における、共通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図３３】本発明に従ったある実施形態における、共通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図３４】本発明に従ったある実施形態における、共通ｐ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す上面図である。
【図３５】本発明に従ったある実施形態における、共通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図３６】本発明に従ったある実施形態における、共通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図３７】本発明に従ったある実施形態における、共通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図３８】本発明に従ったある実施形態における、共通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【図３９】本発明に従ったある実施形態における、共通ｎ−コンタクトを有する２重スポットレーザ構造からのサファイア基板の除去及び熱伝導性基板の付加ステップを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下で簡単に説明する図面は、一定のスケールに従ってない。
【００１８】
以下の詳細な説明において、説明される実施形態の様々な特徴に関する数値範囲が示されるが、これらの言及された範囲は、例としてのみ取り扱われるべきものであり、その特許請求の範囲の内容を制限することを意図しているものではない。加えて、実施形態の様々な端面に適する材料として数多くの材料が挙げられているが、これらの言及された材料は、例としてのみ取り扱われるべきものであり、その特許請求の範囲の内容を制限することを意図しているものではない。
【００１９】
本発明に従ったある実施形態が、図１に示されている。図１は、典型的にはＡｌ2Ｏ3絶縁性基板２１５（図２を参照）の上に成長された４重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオード構造１００を示している。この構造１００は、ｎ−メタルコンタクト１２０を共有しているレーザダイオード１４５及び１４６と、ｎ−メタルコンタクト１２５を共有しているレーザダイオード１４７及び１４８とを示している。ｐ−メタルコンタクト１１０はレーザダイオード１４５に接続し、同様に、ｐ−メタルコンタクト１３５、１３０、及び１１５は、それぞれレーザダイオード１４６、１４７、及び１４８に接続している。図１に示される隣接するレーザダイオード間の横方向の間隔は、約２５μｍである。例えば、レーザダイオード１４５と１４６との間の間隔は、約２５μｍである。レーザダイオード１４５、１４６、１４７、及び１４８の長さは、典型的には約５００μｍである。分離絶縁層１４０は、誘電体材料、典型的には酸化窒化シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、或いはポリイミドから形成されている。ｐ−メタルコンタクト１３５及び１３０における切れ込み（ノッチ；ｎｏｔｃｈ）１５０及び１５５はそれぞれ、高反射性誘電体コーティング、例えばＴｉＯ2／ＳｉＯ2を引き続いて蒸着するための開放空間（オープンスペース）を提供する。
【００２０】
図２は、４重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオード構造１００の断面図を示す。ｐ−ＧａＮキャップ層２２０が、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２５の上に位置している。活性層２３０は、多重量子井戸構造を有するＩｎＧａＮ層であって、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２３５の上に位置している。層２１０はｎ−ＧａＮであって、典型的にはＡｌ2Ｏ3の絶縁性基板であるサファイア基板２１５の上に位置している。
【００２１】
図３は、典型的にはＡｌ2Ｏ3サファイア基板２１５（図２を参照）の上に成長された、他の４重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオード構造３００を示している。４重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオード構造３００は、図１に示した４重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオード構造１００に類似しているが、レーザダイオード１４５、１４６、１４７、及び１４８に対して個別のｎ−メタルコンタクト３１０、３１５、３２０、及び３２５がそれぞれ設けられている点で異なっている。各デバイスに対して個別のｎ−メタルコンタクト及びｐ−メタルコンタクトを設ければ、電気的及び熱的なクロストークが最小化される。クロストークを更に減少するためには、非常に深い分離溝３４０（図３を参照）をエッチングで形成して、レーザダイオード１４５をレーザダイオード１４６から、レーザダイオード１４６をレーザダイオード１４７から、及びレーザダイオード１４７をレーザダイオード１４８から、それぞれ分離すればよい。分離溝３４０は、サファイア基板２１５にまで達していてもよい（図２を参照）が、最低限でも活性層２３０の下まで到達しているべきである。これにより、活性層２３０の内部の注入キャリアの拡散によって生じる光学的クロストーク及び電気的クロストークが取り除かれる。
【００２２】
本発明に従ったある実施形態が、図４に示されている。４重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオード構造４００は、サファイア基板２１５の上に成長されている。レーザダイオード１４５及び１４８は、それぞれｎ−メタルコンタクト４１０、４３５及びｐ−メタルコンタクト４１５、４３０を有し、これらは、レーザダイオード１４６及び１４７からより明確に分離されるように、ある角度で位置合わせされている。この角度は、結果として得られる分離によって電気的、及び特に熱的なクロストークが更に低減されるように選択される。レーザダイオード１４５は、ｎ−メタルコンタクト４１０及びｐ−メタルコンタクト４１５を使用して電気的コンタクトを得ており、レーザダイオード１４８は、ｎ−メタルコンタクト４３５及びｐ−メタルコンタクト４３０を使用して電気的コンタクトを得ている。レーザダイオード１４６は、ｐ−メタルコンタクト４２０及びｎ−メタルコンタクト４４０を使用して電気的コンタクトを得ている。ｎ−メタルコンタクト４４０はレーザダイオード１４７と共有されており、このレーザダイオード１４７は、別個のｐ−メタルコンタクト４２５を有している。ｎ−メタルコンタクト４４０を２つの別個のコンタクトに分割して、レーザダイオード１４６及び１４７に対して別個のｎ−メタルコンタクトを提供し、電気的及び熱的なクロストークを更に低減することもできる。
【００２３】
図５は、チャネル構造５９５の一方の側に４重スポットレーザダイオード１００を配置し、チャネル構造５９５の他方の側に対応する鏡像のレーザダイオード構造５００を配置することによって得られる、デュアル４重スポットレーザダイオード構造５０１を示している。構造５００は、ｎ−メタルコンタクト５２０を共有しているレーザダイオード５４５及び５４６と、ｎ−メタルコンタクト５２５を共有しているレーザダイオード５４７及び５４８とを示している。ｐ−メタルコンタクト５１０はレーザダイオード５４５に接続し、同様に、ｐ−メタルコンタクト５３５、５３０、及び５１５は、それぞれレーザダイオード５４６、５４７、及び５４８に接続している。図５に示される隣接するレーザダイオード間の横方向の間隔は、約２５μｍである。例えば、レーザダイオード５４５と５４６との間の間隔は、約２５μｍである。レーザダイオード５４５、５４６、５４７、及び５４８の長さは、典型的には約５００μｍである。構造１００は、図１及び図２を参照して先に説明されている。
【００２４】
図６は、レーザダイオード１４７及び５４７とチャネル構造５９５とに沿ったデュアル４重スポットレーザダイオード構造５０１の断面を示している。チャネル構造５９５は、レーザダイオード１４５、１４６、１４７、１４８、５４５、５４６、５４７、及び５４８からの光を垂直方向に出力結合させるための傾斜ミラー５７５（図６を参照）を含んでいる。アルミニウムでコーティングされたミラー５７５は、例えば化学的にアシストされたイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）を使用してドライエッチングされ、その傾斜角度は、エッチングパラメータを変更することによって調節させることができる。図６におけるミラー５７５の端面の適切な傾斜角度は、４５度である。図５及び図６に示された構造によって、近接して間隔を隔てて配置されたデュアル４重スポットレーザダイオード構造が達成される。レーザダイオード１４５と１４６との間或いは５４５と５４６との間のような隣接するレーザダイオードの間の間隔は、典型的には２５μｍである。
【００２５】
図７は、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってサファイア基板２１５の上に成長されたＩｎＧａＡｌＮヘテロ構造ウエハ６００を示している。サファイア基板２１５は、典型的にはＡｌ2Ｏ3であり、その厚さは、典型的には１００μｍ〜４００μｍのオーダの範囲にある。ＧａＮ：Ｍｇキャップ層６１０は厚さ０．１μｍであり、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｍｇクラッド層６２０に隣接している。Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｍｇクラッド層６２０の典型的な厚さは、０．５〜１．０μｍの範囲である。ｐ型導電型を生成するためにＭｇが添加されていることに留意されたい。同じく厚さ０．１μｍである第２のＧａＮ：Ｍｇクラッド層６３０がクラッド層６２０の下に位置しており、ｐ−ドープ導波路として機能する。Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇクラッド層６４０は典型的には厚さ２０ｎｍであり、トンネル障壁を生成して、注入された電子の漏れを妨げるように機能する。ＧａＮ：Ｓｉ層６５０は、活性層２３０に対するｎ−ドープ導波路として機能する。ｎ型導電型を生成するためにＳｉが添加されていることに留意されたい。Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｓｉクラッド層６６０は、典型的には厚さ０．５〜１．５μｍである。Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ：Ｓｉ層６６５は、典型的には厚さ５０ｎｍであり、欠陥低減層として機能する。
【００２６】
典型的な厚さが４μｍであるＧａＮ：Ｓｉ層２１０がサファイア基板２１５の上に位置しており、その後に行われる堆積のための良質な材料を確立すると共に、横方向のコンタクト層を提供するように機能する。ひとたび構造６００がＭＯＣＶＤによって成長されると、（Ａｌ）ＧａＮ：Ｍｇ層６１０、６２０、６３０、及び６４０におけるＭｇのｐ−ドーピングの活性化が行われる。ドーパントの活性化は、Ｎ2雰囲気中における８５０℃で５分間の急速熱アニールによって達成される。
【００２７】
図８〜図１２は、本発明に従った４重スポットリッジ導波路レーザダイオード構造に対する主要な製造ステップを示す。層６４０及び６６５が図８〜図１２では示されていない点に留意されたい。図８は、ｐ−メタルの堆積後のウエハ６００を示している。ｐ−メタル層７１０は典型的にはニッケル−金（Ｎｉ−Ａｕ）であって、熱蒸着とＮ2雰囲気中での急速熱アニールとを使用して堆積される。Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でのＣＡＩＢＥ或いは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用したドライエッチングが行われて、図９に示すメサ構造がエッチングされる。ミラー（図示されず）も、ＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥプロセスを使用してドライエッチングされる。図１０は、ＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥを使用したＡｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でのリッジ導波路７０７及びトレンチ７１１のエッチング後のウエハ６００を示している。図１１は、熱蒸着とＮ2雰囲気中での急速熱アニールとを使用した、典型的にはチタン−アルミニウム（Ｔｉ−Ａｌ）であるｎ−メタル７２０の堆積の結果を示している。
【００２８】
次に、誘電体分離の堆積が、プラズマ強化化学的気相成長法（ＰＥＣＶＤ）を使用して、誘電体として例えば酸化窒化シリコン、酸化シリコン、或いは窒化シリコンを使用して、行われる。誘電体としては、ポリイミドも使用されることができる。誘電体分離層７５５に、ＣＦ4／Ｏ2雰囲気中での高周波（ＲＦ）プラズマエッチングを使用してコンタクト窓が開けられ、その後に、熱蒸着を使用してチタン／金のｐ−メタルコンタクトパッドが堆積される。図１２は、ｐ−メタルコンタクトパッド７３０及びｎ−メタルコンタクトパッド７２０の堆積後のウエハ６００を示している。その後に、基板２１５が機械的研磨によって薄くされて、ウエハ６００を劈開してレーザダイオードを個々のデバイスにするための準備を行う。最終ステップでは、レーザダイオードのミラー（図示せず）の正面側及び裏側に電子ビーム蒸着を使用してＳｉＯ2／ＴｉＯ2高反射率コーティングを蒸着して、レーザ閾値電流を低減すると共にミラー表面を保護する。
【００２９】
図１３は、本発明に従った、ＧａＮ／ＡｌＧａＮを使用してサファイア基板２１５の上に形成された４重スポットレーザダイオード構造８００のある実施形態を示している。４重スポットレーザダイオード構造８００は、ｎ−ＧａＮ埋込層８８５からｐ−ＧａＮ或いはＡｌＧａＮブロック層８９０によって分離されたｎ−ＧａＮ埋込層２１０を使用して、埋込電流チャネル８５０及び８５５を形成している。埋込電流チャネル８５０及び８５５は、それぞれｎ−メタルコンタクト８１５及び８２０から伸びて、レーザダイオード８３０及び８３６にコンタクトしている。埋込電流チャネル８７０及び８７５は、それぞれｎ−メタルコンタクト８１０及び８２５から伸びて、ｐ−ＧａＮ或いはＡｌＧａＮブロック層８９０とサファイア基板２１５とに挟まれたｎ−ＧａＮ埋込層８８５を使用して、レーザダイオード８３２及び８３４にそれぞれコンタクトしている。典型的には、サファイア基板２１５はＡｌ2Ｏ3で形成されている。レーザダイオード８３０及び８３２、８３２及び８３４、並びに８３４及び８３６のレーザダイオード対は、それぞれ溝８３１、８３３、及び８３５によって、光学的且つ電気的にお互いに分離されている。溝８３３は最下層のＧａＮ層８８５を通ってエッチングされているが、溝８３１及び８３５はｐ−ＧａＮ層８９０のみを通ってエッチングされており、それぞれ電流が内側のレーザダイオード８３２及び８３４へ流れるようにしている。ＧａＮ或いはＡｌＧａＮ層８９０は、所望であれば絶縁層を形成してもよい。
【００３０】
ｐ−メタルコンタクトパッド８１６は、先に図１〜図６に示されたように、多くの異なった様式で配置されることができる。図１３では、個々が独立してアドレス可能なｐ−メタルコンタクトパッド８１６は、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２５に形成された分離層（図示せず）の窓（図示せず）を通って、レーザダイオード８３０、８３２、８３４、及び８３６に接続されている。本発明に従った代替的な実施形態が、図１４に示されている。図１４に示される４重スポットレーザダイオード構造８０１は共通ｐ−メタルコンタクト８１７を有しており、この共通ｐ−メタルコンタクト８１７は、溝８３１、８３３、及び８３５とｐ−ＧａＮコンタクト層８１８を囲む領域と（図１３を参照）をポリイミドのような絶縁体で埋めることによって、形成されている。個々のレーザダイオード８３０、８３２、８３４、及び８３６のアドレス可能性は、ｎ−メタルコンタクト８１５、８１０、８２５、及び８２０によって、それぞれ確保されている。共通ｐ−メタルコンタクト構造は、４つよりも多くの近接して間隔を隔てて設けられたレーザダイオードに拡張されることができるが、そのためには、図１４に示されたレーザダイオード構造８０１に対してレーザダイオード構造が２つ付加される毎に、１対のｎ−及びｐ−ＧａＮ層を追加すればよい。
【００３１】
幾つかのレーザダイオードドライバ回路においては、４重スポットレーザダイオード構造８０１に対して共通ｎ−メタルコンタクト構造を設ける方が便利である。これは、４重スポットレーザダイオード構造８０１における全ての層の極性を逆転することによって（図１５を参照）、容易に達成される。これにより、電流チャネル８５０、８５５、８７０、及び８７５がｐ型チャネルになる。しかし、この配置は、現在のところは窒化物レーザにとって望ましいものではない。なぜなら、ｐ型ＧａＮにおけるキャリア移動度と達成可能なドーピングレベルとが、ｎ型ＧａＮに比べて著しく低いからである。
【００３２】
本発明のある実施形態において、図１５は、サファイア基板２１５の上に有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって成長されたＩｎＧａＡｌＮヘテロ構造ウエハ９００を示している。ウエハ９００の層構造は、典型的には厚さが数１００ｎｍのｐ−（Ａｌ）ＧａＮ：Ｍｇ分離層８９０と典型的には厚さが少なくとも１〜２μｍの第２のｎ−ＧａＮ：Ｓｉ層８８５とが付加されている以外は、図７のウエハ６００と同じである。分離層８９０は、ＧａＮ層８８５をＧａＮ層２１０から電気的に分離することを目的としているので、絶縁体として成長させることもできる。ｎ−ＧａＮ層８８５及びｐ−ＧａＮ分離層８９０の成長に引き続いて、ウエハ９００が成長反応炉から取り出され、レーザダイオード８３２及び８３４（図１３を参照）が位置することになる領域から分離層８９０が選択的に除去される。分離層８９０の選択的な除去の後に、エッチングされたウエハ９００は成長反応炉に戻されて、ＧａＮ：Ｓｉ層２１０、並びに図７及び図１５に示すような引き続く層の成長が行われる。この実施形態では、ＧａＮ：Ｓｉ層２１０及び８８５は、電子濃度を１０18／ｃｍ3オーダにして高導電度を達成するようにドーピングされる。個々のレーザダイオード８３０、８３２、８３４、及び８３６は、上述され且つ図８〜図１２に示されるものと同様に、エッチングされる。
【００３３】
ｎ−メタルコンタクト８１０、８１５、８２０、及び８２５（図１３及び図１４を参照）は、より上部の層を選択的に除去することによって形成される。具体的には、ｎ−メタルコンタクト８１５及び８２０を形成するためには、ｎ−ＧａＮ層２１０までの全ての層を選択的に除去する必要があり、ｎ−メタルコンタクト８１０及び８２５を形成するためには、ｎ−ＧａＮ層８８５までの全ての層を選択的に除去する必要がある。ｎ−メタルコンタクト８１０、８１５、８２０、及び８２５の堆積は、ウエハ９００をマスクしてコンタクトメタライゼーション及びリフトオフパターニングを行うことによって行われる。ｎ−メタルコンタクト８１０、８１５、８２０、及び８２５は、典型的にはＴｉ−Ａｌであり、ｐ−メタルコンタクトパッド８１６或いはパッド８１７は、典型的にはＮｉ−Ａｕである。
【００３４】
サファイア基板２１５の除去は、窒化物レーザダイオードにとって有用である。なぜなら、基板２１５を除去することで、縦型の電気的コンタクト構造、より良好なヒートシンク効果、及び劈開されたミラー端面の実現を含む効果が得られるからである。
【００３５】
図１６は、サファイア基板２１５の上に成長された２重スポットＩｎＧａＡｌＮレーザダイオード構造１０００の層構造の、サファイア基板２１５の除去前の状態を示す。この層構造は、図７に示された層構造に類似している。酸化窒化シリコン、二酸化シリコン、或いは窒化シリコンであり得る分離体１０１６は、多重量子井戸活性層２３０をお互いに分離すると共に、これらの活性層を図１６に示される他の層から電気的に分離する。２つのｐ−コンタクト１０２０は、２重スポットレーザダイオード構造１０００を形成する２つのレーザダイオードへの個別の電気的コンタクトを提供する。端面の劈開を可能にするために、活性層２３０の中のレーザ共振器は、ＧａＮ層２１０、６６５、６６０、６５０、６４０、６３０、６２０、６１０及び活性層２３０の結晶面に垂直な方向に向けられる必要がある。２重スポットレーザダイオード構造１０００のためのプロセスは、先に述べたレーザダイオード構造６００のためのプロセスに非常に類似している。
【００３６】
図１７〜図２２は、本発明のある実施形態に従って、レーザリフトオフによりサファイア基板２１５を除去し、支持基板１１０５を使用して半導体膜（メンブレム）１１１０を熱伝導性基板１１３８へ結合するステップを、模式的に示している。本発明のある実施形態に従えば、半導体膜１１１０は、典型的にはＩｎＧａＡｌＮ型の膜からできている。はじめに、サファイア基板２１５の裏面１１１５を、非常にスムースな表面仕上げになるまで研磨して、裏面１１１５からの光の散乱を最小化する。研磨は、一連のダイアモンドパッドを使用して、機械的に達成される。研磨プロセスの間に、ダイアモンドグリッドのサイズは、約３０μｍのグリッドサイズから０．１μｍのグリッドサイズまで次第に減少する。研磨後の典型的な二乗平均（ｒｍｓ）粗さは、約２０〜５０オングストロームである。
【００３７】
図１７では、２重スポットレーザダイオード構造１０００をワックス或いはエポキシ層１１０６を使用して支持基板１１０５に搭載して、サファイア基板２１５を除去してから基板１１３８を半導体膜１１１０に結合するまでの半導体膜１１１０に対する支持体を得る。図１８では、サファイア基板２１５及び半導体膜１１１０を紫外エキシマレーザ光１１２０に露光する。エキシマレーザ（図示せず）の適切な調節で、サファイア基板２１５と半導体膜１１１０との間の界面に、薄いＧａＮ層１１３０を堆積させることができる。ＧａＮ層１１３０は、ＧａメタルとＮ2とに分解する。３０８ｎｍで動作するＸｅＣｌエキシマレーザについては、均質化器（ホモジェナイザ；ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）を通過後のビームサイズ４ｍｍ×４ｍｍのレーザエネルギーは、約６００〜７５０ｍＪ／ｃｍ2の範囲であるべきである。均質化器は、ガウス状レーザビームを平坦な台地状レーザビームに変換して、ビームの均一性を改善する。レーザビームで領域表面をスキャンすることによって、より大きい領域を露光させることができる。エキシマレーザは、典型的には５〜１０Ｈｚでパルス駆動され、典型的には１つのパルスで、ＧａＮ層１１３０の分解を十分に達成できる。研磨された裏面１１１５によって、ＧａＮ層１１３０が均一にエキシマレーザに露光される。
【００３８】
図１９では、２重スポットレーザダイオード構造１０００をＧａメタルの融点である約３０℃まで加熱することによって、サファイア基板２１５をその界面で半導体膜１１１０から分離する。界面の半導体膜１１１０の上に存在する残存Ｇａメタル層は、蒸留水と等量の塩酸（ＨＣｌ）液によって除去される。半導体膜１１１０の上の界面における約０．５〜１μｍのダメージ膜は、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でのドライエッチングによって除去される。典型的には、ＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥがドライエッチングのために使用される。低エネルギー（約４００ｅＶよりも低い）Ａｒイオンスパッタリングがドライエッチング後に行われて、ドライエッチングによって生じた表面ダメージを低減する。
【００３９】
図２０では、熱蒸着によるｎ−メタル層１１１７、典型的にはチタン／アルミニウムを堆積する。ワックス或いはエポキシ層１１０６を使用するとｎ−メタル層１１１７がアロイ化しないが、これは、ワックス或いはエポキシの融点が、ｎ−メタル層１１１７のアロイ化温度である約５００℃よりも、典型的には十分に低いからである。
【００４０】
図２１を参照すると、典型的にはチタン／金からなるメタルコンタクト層１１２１が、典型的にはシリコン、シリコンカーバイド、或いはダイアモンドである基板１１３８の上に、熱蒸着或いは電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着によって堆積される。シリコンは、電気的及び熱的に伝導性（室温で約１．５Ｗ／ｃｍＫ及び１００℃で約０．９７Ｗ／ｃｍＫ）の経済的な基板材料であり、ミラーの劈開及びシリコンドライバチップのレーザダイオードへの集積を可能にする。シリコンカーバイドは高価な基板材料であって、電気的及び熱的に伝導性（室温で約５Ｗ／ｃｍＫ及び１００℃で約３．２Ｗ／ｃｍＫ）であり、ミラーの劈開を可能にする。ダイアモンドは非常に高価な基板材料であって、最も良く知られた熱伝導体（室温で約２０Ｗ／ｃｍＫ及び１００℃で約１５．５Ｗ／ｃｍＫ）であり、メタライズされて導電性にされることができ、且つミラーの劈開を可能にする。
【００４１】
他の可能な基板材料は銅であり、これは非常に経済的で、また良好な熱伝導体である（約４Ｗ／ｃｍＫ）。銅基板材料ではミラーの劈開は不可能であり、ミラーはエッチングされる必要がある。
【００４２】
典型的にはＩｎ或いはＰｂＳｎであるはんだ層１１４１が堆積されて、基板１１３８を半導体膜１１１０に結合させる。はんだ層１１４１は、典型的には、基板１１３８への付着を更に良好にするためにＴｉ／Ａｕ層を有することができ、はんだ層１１４１の露出表面の酸化を防ぐために、結合に先立って薄いＡｕ膜が形成されてもよい。メタルは、熱蒸着或いは電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着によって、典型的な膜厚１〜２μｍに堆積される。
【００４３】
図２１に示されるフリップチップ結合に先立って、半導体膜１１１０の垂直結晶面にシリコン、シリコンカーバイド、或いはダイアモンドの適切な結晶面を整合させて、劈開を可能にする必要がある。図２３は、本発明のある実施形態に従った、劈開前の半導体膜１１１０及び基板１１３８の関連する結晶面の望ましい配置を示している。デバイスは、半導体膜１１１０の｛１−１００｝面及び基板１１３８の｛１１１｝面に沿って劈開される。図２４は、劈開後の半導体膜１１１０及び基板１１３８の関連する結晶面を示している。劈開された端面１２９５も、示されている。図２５は、本発明のある実施形態に従って、劈開前の半導体膜１１１０及びシリコン基板１１３８の関連する結晶面の望ましい配置を示している。図２５において、シリコン基板１１３８の｛１−１１｝結晶面は、半導体膜１１１０の｛１−１００｝結晶面に並行である。この方向（オリエンテーション；ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）により、劈開後の半導体膜１１１０及び基板１１３８の関連する結晶面を示す図２６に示されるように、シリコン基板１１３８の容易な劈開が可能になる。
【００４４】
半導体膜１１１０及びシリコン基板１１３８の関連する結晶面を適切に配置した後に、半導体膜１１１０が基板１１３８に結合される。本発明のある実施形態に従えば、はんだ層１１４１が結合のために使用される。はんだ層１１４１の組成に依存して、はんだ層１１４１と基板１１３８とが適切な結合温度まで、酸化物の形成を避けるためにフォーミングガス雰囲気中で加熱される。はんだ層１１４１としてＩｎが使用されるときには、約１８０℃の結合温度が典型的に使用される。はんだ層１１４１の露出表面の上にＰｄ或いはＡｕ膜が堆積されていなければ、加熱に先立ってフラックス或いは塩酸液を使用して、はんだ層１１４１の露出表面の上に存在している酸化物を除去してもよい。酸化物除去のための他の既知の技術も、使用することができる。はんだ層１１４１としてＰｂＳｎを使用するときには、約２２０℃の結合温度が典型的に使用される。はんだ層１１４１の露出表面の上にＡｕ膜が堆積されていなければ、先述のように結合に先立って酸化物が除去されてもよい。
【００４５】
本発明のある実施形態に従えば、半導体膜１１１０を基板１１３８に結合させるために、Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合を使用することもできる。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合は、半導体膜１１１０と基板１１３８との間に、より良好な熱的コンタクトを形成する。注意すべき点は、Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合を使用して基板１１３８を半導体膜１１１０に結合させるときには、はんだ層１１４１が存在しないことである。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合における典型的な結合温度は、約３５０℃である。
【００４６】
結合された構造１１７６（図２２を参照）は、結合負荷が印加された状態で約２０℃まで冷却される。例えば、Ｉｎ或いはＰｂＳｎはんだと共に使用される結合負荷は、結合面積が２５ｍｍ2であるときには約０．２ｋｇ（約２００ｇ）である。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合が使用されるときには、結合負荷は典型的には約１．５ｋｇ／ｍｍ2（約１５００ｇ／ｍｍ2）である。図２２では、アセトン或いは他の適切な溶媒にワックス或いはエポキシ層１１０６（図２１を参照）を溶かすことによって、支持基板１１０５を除去している。
【００４７】
レーザダイオード端面１２９５（図２４及び図２６を参照）の劈開は、シリコン、シリコンカーバイド、或いはダイアモンドの基板１１３８の端から劈開を半導体膜１１１０の中に進行させることによって達成される。或いは、レーザダイオード端面１２９５は、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中で、ＣＡＩＢＥを使用してドライエッチングされてもよい。レーザダイオード端面１２９５は、電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着を使用してＳｉＯ2／ＴｉＯ2高反射率コーティングを堆積することによって、反射性にされる。
【００４８】
図２７に示す本発明のある実施形態では、サファイア基板２１５（図１６を参照）が除去された４重スポットレーザダイオード構造１０００のレーザアレイ１３５０が、典型的にはシリコンをベースにしたドライバチップである電子ドライバチップ１３１０の上に集積されている。具体的には、図２７は、レーザアレイ１３５０及び電界効果トランジスタ１３２０の断面図を示している。電界効果トランジスタ１３２０は、レーザダイオード構造１０００への電流をスイッチングするために使用される。サファイア基板２１５（図１９を参照）の除去後に、半導体膜１１１０は、典型的にははんだによって、先述のようにドライバチップ１３１０に取り付けられる。取り付けに先立って、電子ドライバチップ１３１０の上には、既知の集積回路プロセス方法を使用してドライバ回路１３２５（図２８を参照）が形成される。レーザアレイ１３５０をドライバ回路１３２５の近くに配置することで、レーザダイオード１０００の高速変調が可能になって、多くのレーザチャネルが収納される。これより、本実施形態は、マルチビームレーザアレイ１３５０が使用されるプリンタ用途にて有用であり、並列光通信の分野にも同様に適用可能である。
【００４９】
図２９〜図３４は、本発明に従って、共通ｐ−コンタクト１４２２を使用して半導体膜１１１０を基板１１３８に結合させ、それに引き続いて、サファイア基板２１５をレーザリフトオフを使用して除去して２重スポットレーザ構造１４００（図３４を参照）を形成するステップを、模式的に示している。基板１１３８を、半導体膜１１１０のサファイア基板２１５が取り付けられているのとは反対側へ結合させれば、優れたヒートシンク効果が得られる。これは、熱伝導性基板１１３８が活性層２３０（図１６を参照）から僅か１μｍしか離れていないためであり、図１７〜図２２に示される方法及び構造においては、両者は４〜１４μｍ離れている。
【００５０】
先述のように、サファイア基板２１５を非常にスムースな表面仕上げになるまで研磨して、散乱光を最小限にする。共通ｐ−コンタクト１４２２が基板１１３８の上に蒸着され、その後に窒素雰囲気中で急速熱アニールが行われる。図２９は、基板１１３８の上の共通ｐ−コンタクト１４２２を示す。典型的には、ｐ−コンタクト１４２２はＴｉ／Ａｕである。
【００５１】
はんだ層１１４１、例えばＩｎ或いはＰｂＳｎが堆積されて、基板１１３８を半導体膜１１１０に結合させる。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合を使用して基板１１３８を半導体膜１１１０に結合させるときには、はんだ層１１４１は使用されない。はんだ層１１４１は、典型的には、基板１１３８への付着を更に良好にするためにＴｉ／Ａｕ膜を有することができて、この結果として、はんだ層１１４１はＴｉ／Ａｕ／Ｉｎ或いはＴｉ／Ａｕ／ＰｂＳｎとなる。酸化を防ぐために、結合に先立って薄いＡｕ膜をはんだ層１１４１の露出表面に形成してもよい。メタルは、熱蒸着或いは電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着によって、典型的な膜厚１〜２μｍに堆積される。
【００５２】
先述のように、半導体膜１１１０及びシリコン基板１１３８の関連する結晶面を適切に配置した後に、半導体膜１１１０が基板１１３８に結合される。基板１１３８は、典型的にはシリコン、シリコンカーバイド、或いはダイアモンドである。はんだ層１１４１の組成に依存して、はんだ層１１４１と基板１１３８とが適切な結合温度まで、酸化物の形成を避けるためにフォーミングガス雰囲気中で加熱される。はんだ層１１４１としてＩｎが使用されるときには、約１８０℃の結合温度が典型的に使用される。はんだ層１１４１の露出表面の上にＰｄ或いはＡｕ膜が堆積されていなければ、加熱に先立ってフラックス或いは塩酸液を使用して、はんだ層１１４１の露出表面の上に存在している酸化物を除去してもよい。酸化物除去のための他の既知の技術も、使用することができる。はんだ層１１４１としてＰｂＳｎを使用するときには、約２２０℃の結合温度が典型的に使用される。はんだ層１１４１の露出表面の上にＡｕ膜が堆積されていなければ、先述のように結合に先立って酸化物が除去されてもよい。本発明のある実施形態に従って、はんだ層１１４０に代えてＡｕ−Ａｕ熱圧着結合を使用するときには、典型的な結合温度は約３５０℃である。
【００５３】
結合されたレーザ構造１４１０（図３０を参照）は、結合負荷が印加された状態で約２０℃まで冷却される。例えば、Ｉｎ或いはＰｂＳｎはんだと共に使用される結合負荷は、結合面積が２５ｍｍ2であるときには約０．２ｋｇ（約２００ｇ）である。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合が使用されるときには、結合負荷は１．５ｋｇ／ｍｍ2（１５００ｇ／ｍｍ2）である。結合の完了後に、結合されたレーザ構造１４１０はエキシマレーザ光１１２０に露光され、サファイア基板２１５と半導体膜１１１０との間の界面で薄いＧａＮ層１１４１が分解されてＧａメタルとＮ2とを形成する。エキシマレーザの動作条件は、図１８を参照して先に説明したものと同一である。
【００５４】
図３１は、結合されたレーザ構造１４１０をＧａメタルの融点である約３０℃まで加熱することによる、サファイア基板２１５の半導体膜１１１０からのリフトオフを示している。Ｇａメタルは、半導体膜１１１０の表面から、塩酸（ＨＣｌ）液（ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ＝１：１）を使用して除去される。半導体膜１１１０の上の界面における約０．５〜１μｍのダメージ膜は、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でのドライエッチングによって除去される。典型的には、ＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥがドライエッチングのために使用される。低エネルギー（約４００ｅＶよりも低い）Ａｒイオンスパッタリングがドライエッチング後に行われて、ドライエッチングによって生じた表面ダメージを低減する。
【００５５】
サファイア基板２１５のリフトオフ後に、裏面ミラー端面１４８２（図３４を参照）が、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥを使用してドライエッチングされる。裏面ミラー端面１４８２のエッチングにより、結合されたレーザ構造１４１０がレーザ共振器長よりも長くなる。これは、短波長レーザ共振器のために正面側及び裏面側の端面を両方とも高い歩留まりで劈開することが困難であるときに、有用である。レーザ構造１４１０の長さを増すことで熱抵抗を低くすることもできるが、これは、レーザ共振器の加熱を防ぐために効果的である。
【００５６】
図３２は、堆積されたｎ−メタル層１４７７を示している。ｎ−メタル層１４７７は典型的にはＴｉ／Ａｌであり、半導体膜１１１０の上に熱蒸着によって堆積される。はんだ層１１４１が例えばＩｎ、ＰｂＳｎ、或いはＡｕＳｎであると、はんだ層１１４１の融点はおよそ１６０〜３００℃の範囲であって、これは、アロイ化温度が約５００℃であるｎ−メタル層１４７７のアロイ化を防ぐ。ｎ−メタルコンタクト１４７７をアロイ化させるために、はんだ結合に代えてＡｕ−Ａｕ或いはＰｄＩｎ3結合を使用することもできる。ｎ−メタル層１４７７は、４５０〜５００℃の範囲で約５分間の急速熱アニールを使用してアロイ化される。アロイ化されたｎ−メタル層１４７７は、アロイ化されていないｎ−メタル層１４７７よりも接触抵抗が低い。アロイ化されたｎ−メタル層１４７７を有するデバイスの動作電圧は、典型的には、アロイ化されていないｎ−メタル層１４７７を有するデバイスよりも１〜２Ｖ低い。引き続いて、ｎ−コンタクトパッド１４７８（図３４を参照）、典型的にはＴｉ／Ａｕが、ｎ−メタル層１４７７の上に熱蒸着によって堆積される。ｎ−コンタクトパッド１４７８のＡｕ表面は、ワイヤボンディングのための結合表面として機能し、ｎ−コンタクトパッド１４７８のＴｉ底面は、付着を改善するために使用される。
【００５７】
図３３は、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥによるドライエッチングを使用した、ｎ−メタル層１４７７及び半導体膜１１１０を２つの部分に分離するトレンチ１４３３の形成を示す。正面ミラー端面１４８１は、基板１１３８の端から図３４の線１４９８に沿って劈開を進行させることによって、劈開される。或いは、正面ミラー端面１４８１は、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でのＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥによるドライエッチングを使用して形成されることもできる。裏面ミラー端面１４８２は、基板１１３８の端から図３４の線１４９９に沿って劈開を進行させることによって、劈開される。裏面ミラー端面１４８２を、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でのＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥによるドライエッチングを使用して形成してもよい。引き続いて、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2高反射率コーティングが、正面ミラー端面１４８１及び裏面ミラー端面１４８２の上に電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着を使用して形成される。
【００５８】
図３５〜図３９は、本発明に従って、共通ｎ−コンタクトを使用して半導体膜１１１０を基板１１３８に結合させ、サファイア基板２１５をレーザリフトオフを使用して除去して２重スポットレーザ構造１５１０（図３９を参照）を形成するステップを、模式的に示している。典型的には、基板１１３８はシリコン、シリコンカーバイド、或いはダイアモンドである。これらの何れによっても、サファイア基板２１５によって得られるヒートシンク効果よりも優れたヒートシンク効果が得られる。サファイアの熱伝導率は、室温で僅かに約０．４６Ｗ／ｃｍＫであり、１００℃では約０．３２Ｗ／ｃｍＫまで低下する。前述のように、サファイア基板２１５の裏面１１１５を非常にスムースな表面仕上げになるまで研磨して、散乱光を最小限にする。
【００５９】
図３５は、デバイスのパッケージングの前に基板１１３８の裏面側に堆積された、典型的にはＴｉ／Ａｕであるメタル結合層１５２２を示している。誘電体分離層１５０９が、例えばＰＥＣＶＤを使用して、基板１１３８の正面側に堆積される。誘電体分離層１５０９は、典型的には酸化窒化シリコン、二酸化シリコン、或いは窒化シリコン材料から形成されている。基板１１３８がダイアモンド或いは半絶縁性ＳｉＣのような絶縁性材料でできていれば、誘電体分離層１５０９は必要ない。メタルコンタクトパッド１５３０は誘電体分離層１５０９の上に堆積されるが、基板１１３８が絶縁性であれば、基板１１３８の上に堆積される。メタルコンタクトパッド１５３０は、典型的には、熱蒸着或いは電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着によって堆積されたＴｉ／Ａｕ膜であって、Ｔｉ膜は厚さ３０ｎｍ（３００オングストローム）、Ａｕ膜は厚さ１〜２μｍである。メタルコンタクトパッド１５３０のパターニングにあたっては、半導体膜１１１０の縦方向の結晶面が図３６に示すアセンブリ上の基板１１３８の適当な結晶面（図２３〜図２６を参照）に並行になって、劈開が可能になるように注意する必要がある。
【００６０】
パターニングされたはんだ層１５４１がメタルコンタクトパッド１５３０の上に堆積されて、基板１１３８を半導体膜１１１０に結合させる。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合を使用して基板１１３８を半導体膜１１１０に結合させるときには、はんだ層１５４１は使用されない。はんだ層１５４１は、典型的には、基板１１３８への付着を更に良好にするためにＴｉ／Ａｕ膜を有することができて、この結果として、層１５４１はＴｉ／Ａｕ／Ｉｎ或いはＴｉ／Ａｕ／ＰｂＳｎとなる。酸化を防ぐために、結合に先立って薄いＡｕ膜をはんだ層１５４１の露出表面に形成してもよい。メタルは、熱蒸着或いは電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着によって、典型的な膜厚１〜２μｍに堆積される。
【００６１】
はんだ層１５４１の組成に依存して、はんだ層１５４１と基板１１３８とが適切な結合温度まで、酸化物の形成を避けるためにフォーミングガス雰囲気中で加熱される。はんだ層１５４１としてＩｎが使用されるときには、約１８０℃の結合温度が典型的に使用される。はんだ層１５４１の露出表面の上にＰｄ或いはＡｕ膜が堆積されていなければ、加熱に先立ってフラックス或いは塩酸液を使用して、はんだ層１５４１の露出表面の上に存在している酸化物を除去してもよい。酸化物除去のための他の既知の技術も、使用することができる。はんだ層１５４１としてＰｂＳｎを使用するときには、約２２０℃の結合温度が典型的に使用される。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合を使用するときには、典型的な結合温度は約３５０℃である。はんだ層１５４１の露出表面の上にＡｕ膜が堆積されていなければ、先述のように結合に先立って酸化物を除去してもよい。
【００６２】
結合されたレーザ構造１５１０（図３６を参照）は、結合負荷が印加された状態で約２０℃まで冷却される。例えば、Ｉｎ或いはＰｂＳｎはんだと共に使用される結合負荷は、結合面積が２５ｍｍ2であるときには約０．２ｋｇ（約２００ｇ）である。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合が使用されるときには、結合負荷は典型的には約１．５ｋｇ／ｍｍ2（約１５００ｇ／ｍｍ2）である。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合は、はんだ結合よりも、非常に高い結合負荷を必要とする。Ａｕ−Ａｕ熱圧着結合によれば約３．１８Ｗ／ｃｍＫの優れた熱伝導率が得られるのに対して、Ｉｎはんだ及びＰｂＳｎはんだでは、それぞれ約０．８７Ｗ／ｃｍＫ及び約０．４Ｗ／ｃｍＫの熱伝導率しか得られない。結合の完了後に、レーザ構造１５１０はエキシマレーザ光１１２０に露光され、サファイア基板２１５と半導体膜１１１０との間の界面で薄いＧａＮ層１１４１が分解されてＧａメタルとＮ2とを形成する。エキシマレーザの動作条件は、図１８を参照して先に説明したものと同一である。
【００６３】
図３７は、レーザ構造１５１０（図３６を参照）をＧａメタルの融点である約３０℃まで加熱することによる、サファイア基板２１５の半導体膜１１１０からのリフトオフを示している。Ｇａメタルは、半導体膜１１１０の表面から、塩酸（ＨＣｌ）液（ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ＝１：１）を使用して除去される。半導体膜１１１０の上の界面における約０．５〜１μｍのダメージ膜は、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でのドライエッチングによって除去される。典型的には、ＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥがドライエッチングのために使用される。低エネルギー（約４００ｅＶよりも低い）Ａｒイオンスパッタリングがドライエッチング後に行われて、ドライエッチングによって生じた表面ダメージを低減する。
【００６４】
サファイア基板２１５のリフトオフ後に、裏面ミラー端面１５８２（図３９を参照）を、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥを使用してドライエッチングしてもよい。裏面ミラー端面１５８２のエッチングにより、２重スポットレーザ構造１５１０がレーザ共振器長よりも長くなる。これは、短波長レーザ共振器のために正面側及び裏面側の端面を両方とも高い歩留まりで劈開することが困難であるときに、有用である。レーザ構造１５１０をレーザ共振長よりも長くすることで熱抵抗を低くすることもできるが、これは、レーザ共振器の過熱を防ぐために効果的である。
【００６５】
図３８は、熱蒸着による半導体膜１１１０の上へのｎ−メタル層１５７７の堆積を示している。ｎ−メタル層１５７７は、典型的にはＴｉ／Ａｌである。はんだ層１５４１がＩｎ、ＰｂＳｎ、或いはＡｕＳｎであると、はんだ層１５４１の融点はおよそ１６０〜３００℃の範囲であって、これは、アロイ化温度が約５００℃であるｎ−メタル層１５７７のアロイ化を防ぐ。ｎ−メタル層１５７７をアロイ化させるために、はんだ結合に代えてＡｕ−Ａｕ或いはＰｄＩｎ3結合を使用することもできる。ｎ−メタル層１５７７は、４５０〜５００℃の範囲で約５分間の急速熱アニールを使用してアロイ化される。前述のように、アロイ化されたｎ−メタル層１５７７は、アロイ化されていないｎ−メタル層１５７７よりも接触抵抗が低い。引き続いて、ｎ−コンタクトパッド１５７８（図３９を参照）、典型的にはＴｉ／Ａｕが、ｎ−メタル層１５７７の上に熱蒸着を使用して堆積される。ｎ−コンタクトパッド１５７８のＡｕ表面は、ワイヤボンディングのための結合表面として機能し、ｎ−コンタクトパッド１５７８のＴｉ底面は、付着を改善するために使用される。
【００６６】
図３９は、個別の２重スポットレーザデバイスを形成するためのウエハの劈開に先立つ、２重スポットレーザ構造１５１０の上面図を示す。正面ミラー端面１５８１は、基板１１３８（図２３〜図２６及び図３５を参照）の端から図３９の線１５９８に沿って劈開を進行させることによって、劈開される。或いは、正面ミラー端面１５８１は、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でのＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥによるドライエッチングを使用して形成されてもよい。裏面ミラー端面１５８２は、基板１１３８（図２３〜図２６及び図３５を参照）の端から図３９の線１５９９に沿って劈開を進行させることによって、劈開される。或いは、裏面ミラー端面１５８２は、Ａｒ／Ｃｌ2／ＢＣｌ3ガス混合物の中でのＣＡＩＢＥ或いはＲＩＥによるドライエッチングを使用して形成されてもよい。引き続いて、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2高反射率コーティングが、正面ミラー端面１５８１及び裏面ミラー端面１５８２の上に電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着を使用して形成される。
【符号の説明】
【００６７】
１００  レーザダイオード構造、１２０，１２５  ｎ−メタルコンタクト、１１０，１１５，１３０，１３５  ｐ−メタルコンタクト、１４５，１４６，１４７，１４８  レーザダイオード、１５０，１５５  切れ込み（ノッチ）、２１５  サファイア基板、２３０  活性層、１０２０  ｐ−コンタクト、１１０５  支持基板、１１１０  半導体膜、１１３８  基板、１１１７  メタル層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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