(57)【要約】垂直共振器表面発光ダイオードレーザ（ＶＣＳＥＬ）などのチップの端部をシール又は不活性化する方法が開示される。１つの方法は、ウェーハを複数のダイに切断する前にダイの端部をウェーハのレベルで酸化することを含む。これは、ダイ間のストリートに沿ってチャネルをエッチングし、それに続いてチャネル壁を酸化することによって実施することができる。この酸化では、チャネル壁によって露出されたアルミニウム含有層をある距離だけ内側に酸化することが好ましい。ＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓを含むアルミニウム含有層は、環境によるさらなる酸化に耐性のある安定な固有酸化物に酸化することができる。酸化後、ウェーハはチャネルに沿って、それぞれが側面に保護酸化層を有するいくつかのダイに切断することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム含有層をその中に配設したダイの端部をシールする方法であって、
主な最上面と、横断する深さと、ストリ−トによって隔てられた複数のダイを有し、前記ダイの少なくともいくつかは、その中に少なくとも１つのアルミニウム含有層がアルミニウム含有層の深さのところに配設されるウェーハを用意するステップと、
１つ又は複数のチャネルを前記ウェーハ中に前記ストリートに沿って形成するステップであって、前記チャネルはチャネル深さ及びチャネル壁を有し、前記チャネル深さは、少なくとも前記アルミニウム含有層深さへ伸長し、前記アルミニウム含有層をチャネル壁面で露出させるステップと、
前記ウェーハを酸化環境にさらして、前記アルミニウム含有層を前記チャネル壁からある距離にわたって横方向に酸化させるステップと、
前記ウェーハを酸化環境から取り出すステップと、
前記ウェーハを前記チャネルに沿って、複数の個々のダイに切るステップとを含む方法。
【請求項２】
前記酸化環境が水蒸気を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸化環境が酸素を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アルミニウム含有層がＡｌＡｓを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アルミニウム含有層がＡｌＧａＡｓを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ又は複数のチャネルをエッチングを用いて形成する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
エッチングが、化学エッチング又はプラズマエッチングである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
１つ又は複数のチャネルをイオンミリングを用いて形成する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
垂直共振器表面発光ダイオードレーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイであって、
最上面及び少なくとも１つの側端を有する本体と、
前記本体の最上面の下にあり、少なくとも１つの側端部に延びる少なくとも１つのアルミニウム含有層とを備え、
前記少なくとも１つのアルミニウム含有層が前記少なくとも１つの側端部から、前記本体中へ１つの浸透距離だけ酸化されるＶＣＳＥＬダイ。
【請求項１０】
前記酸化層浸透距離が少なくとも約５ミクロンである請求項９に記載のＶＣＳＥＬダイ。
【請求項１１】
前記酸化層浸透距離が約１０〜１５ミクロンである請求項９に記載のＶＣＳＥＬダイ。
【請求項１２】
前記アルミニウム含有層がＡｌＡｓを含む請求項９に記載のＶＣＳＥＬダイ。
【請求項１３】
前記アルミニウム含有層がＡｌＧａＡｓを含む請求項９に記載のＶＣＳＥＬダイ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの側端部が、アルミニウム含有層の深さより下のある場所に肩を有する請求項９に記載のＶＣＳＥＬダイ。
【請求項１５】
複数の電子部品を有するキャリアと、
最上面、少なくとも１つの側端部、及び最上面の下にあり少なくとも１つの側端部に延びる少なくとも１つのアルミニウム含有層を有するＶＣＳＥＬダイと、を備え、
前記少なくとも１つのアルミニウム含有層は、前記少なくとも１つの側端部から前記本体中に浸透距離だけ酸化され、前記ＶＣＳＥＬダイは、ＶＣＳＥＬダイを密封シールせずに前記キャリアに取り付けられる装置。
【請求項１６】
前記ＶＣＳＥＬダイの前記少なくとも１つの側端部が前記環境雰囲気にさらされる請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ＶＣＳＥＬダイがパッケージ中に取り付けられていない請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記ＶＣＳＥＬダイが非気密性パッケージ中に取り付けられる請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一般に電子部品半導体の製法に関する。より詳細には、本発明は、ウェーハのレベルでダイの側端部の制御可能な酸化に関し、とりわけ、ＶＣＳＥＬチップなどの電子又は電子光学デバイス中での、アルミニウムを含めたＩＩＩ〜Ｖ族半導体層の側端部の不活性化（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）に関する。
【０００２】
【発明の背景】
半導体レーザは、一般に、光ファイバ通信機などの通信デバイス及びコンパクトディスクプレイヤを含めた様々なデバイスの光源として現代の科学技術に使用される。通常の半導体レーザは、二重ヘテロ構造であり、狭いバンドギャップで高い屈折率の層の、向かい合った主表面が広いバンドギャップで低屈折率の層で取り囲まれている。低いバンドギャップ層は「活性層」と呼ばれ、このバンドギャップ及び屈折率の差が、電荷キャリア及び光エネルギーを活性層又は活性領域に閉じこめる役割を果たす。活性層の両端は、レーザ共振器を形成するミラーファセットを有する。クラッド層は反対の導電型を有し、この構造に電流が流れた場合、活性層中で電子と正孔が再結合して、光を生成する。
【０００３】
面発光レーザの方が、端面発光レーザよりも開発が進んでいる。面発光レーザの１つは、「垂直共振器表面発光ダイオードレーザ」（ＶＣＳＥＬ； ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ）である。垂直共振器表面発光ダイオードレーザは、従来の端面発光レーザより優れた多くの性能及び潜在的な生産性の利点を提供する。これらには、その幾何形状に関連する多くの利点が含まれる。
【０００４】
面発光デバイスは、比較的容易にアレイとして製造できるのに対し、端面発光デバイスは、容易には製造できない。レーザのアレイは、基体上に所望の層を成長させ、次に層にパターン形成して、アレイを形成することにより作製することができる。個々のレーザは、適切な接点と別々に接続できる。かかるアレイは、例えば、イメージ処理、チップ間通信（すなわち、光相互接続）などの多様な用途に潜在的に有用である。通常の端面発光レーザは、デバイス中の電流を変化させることによって、オン／オフする。これは、しばしば、デバイス中で好ましくない比較的大きな電流の変化を必要とする。これとは対照的に、面発光レーザは、しばしばより低い駆動電流しか必要とせず、したがって、ＶＣＳＥＬをオン／オフする電流の変化はそれほど大きくなくてもよい。
【０００５】
ＶＣＳＥＬが、高歩留りで、高性能であることが実証され、商品化のために開発されてきた。面発光のＡｌＧａＡｓをベースとするＶＣＳＥＬは、半導体ＩＣと同様の方法で製造可能であり、低コストで大量の製造及び既存のエレクトロニス技術のプラットフォームへの組み込みが可能である。さらに、ＶＣＳＥＬの均一性と再現性は、改造を加えない標準の市販の有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）チャンバ及び分子線蒸着（ＭＢＥ）チャンバを用いて実証されてきた。これらは高いデバイス歩留りを与える。
【０００６】
ＶＣＳＥＬは、バルクあるいは１つ又は複数の量子井戸層（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｌａｙｅｒｓ）の活性領域を通常有する。活性領域の両側にミラースタックがあり、これらはそれぞれの層が通常、関与する（媒体の）波長の１／４波長の厚さをもつ特性を有する、はさまれた半導体層で形成されており、それによってレーザ共振器に高反射率のミラーを形成する。活性領域の両側には、互いに異なる導電型の領域があり、レーザは通常は活性領域を通る電流を変化させることによってオン／オフする。
【０００７】
ＶＣＳＥＬは、複数のアルミニウム含有のＩＩＩ〜Ｖ族の層を有することができる。具体的には、ＶＣＳＥＬは、ＡｌＡｓ層及びＡｌＧａＡｓ層を有することができる。アルミニウム含有層は、１つ又は複数の表面不活性化層を含むことができる最上面によって垂直方向に環境から保護される。アルミニウム含有層は通常、特にウェーハが個々のダイに切断された後、端部又は側面が環境に曝される。アルミニウム含有端部は、チップが酸化環境で使用された場合、酸化される可能性がある。環境的に誘導される酸化は、アルミニウム含有層の端部の内側から信頼できない酸化を引き起こす可能性がある。チェックされず放置された場合、この側面の酸化はＶＣＳＥＬデバイス自体に達する可能性があり、それによって、性能が劣化し、さらには完全に動作が妨げられる。
【０００８】
アルミニウム含有層のかかる側面からの酸化を防止、抑制するために、チップは一般に気密密封されたパッケージ中に取り付けられる。気密密封パッケージには、いくつもの制限がある。第１に、気密密封パッケージは、比較的高価になり、デバイスのコストを増加させる。第２に、気密密封パッケージは、比較的嵩が高く、回路板やマルチチップパッケージ上にデバイスを取り付けるのに必要な空間が増大し、どちらも望ましくない。特にＶＣＳＥＬチップをウェーハから切断する前にチップの端部をシールする方法が望ましい。シールされた端部を有するＶＣＳＥＬチップは、気密密封パッケージが不要となるかもしれない。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、ＶＣＳＥＬダイなどのダイ中のアルミニウム含有ＩＩＩ〜Ｖ族の層の端部又は側面を不活性化する方法を提供する。例示的な一方法では、多数のＶＣＳＥＬダイがストリートによって分離される半導体ウェーハが提供される。ＶＣＳＥＬダイには好ましくは、ウェーハの最上面に配設された側面の下のある深さのところにアルミニウム含有層が配設される。ストリート中にチャネルを、最も深いアルミニウムを含有する横方向の層の側端を露出するのに十分な深さまで切り込む。次にこのチャネルを、水蒸気、酸素や他の適当な酸化環境などの酸化環境にさらす。
【００１０】
酸化雰囲気でアルミニウム含有層をアルミニウム酸化物層に酸化し、所期の作業環境でのさらなる酸化に対して耐性のある、安定な固有酸化物の不活性化層を形成する。ＶＣＳＥＬの非アルミニウム含有層には、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどが含まれ、これらも酸化するかもしれないがその速度はより遅い。一実施形態では、アルミニウム含有層は、チャネル壁中に約１０〜１５ミクロン酸化される。アルミニウム含有層を十分酸化した後、ウェーハを酸化雰囲気から取り出す。加熱すると（４４０℃）、すぐに乾燥する。
【００１１】
次にウェーハを、当業者には周知の方法で刃物によって切断して分離したダイにすることができる。ウェーハは、好ましくは、意図的に酸化層を破壊することなくチャネルに沿って切断する。好ましくは、ウェーハを個々のダイに切断する前にチャネル壁を酸化する。しかし別法では、側壁を酸化する前にウェーハを個々のダイに切断してよいことも企図される。この後者の実施形態では、チャネルの形成は不要である。
【００１２】
本発明はまた、チップの周囲に不活性化アルミニウム含有層を有する個々のＶＣＳＥＬチップを含んでいる。具体的には、本発明は、チップの側端又は側面近傍の層領域が酸化されて、安定な固有酸化物を形成したＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓ層を有するＶＣＳＥＬチップを含む。固有酸化物はアルファ−Ａｌ２Ｏ３、ガンマ−Ａｌ２Ｏ３、ダイアスポア、ベーマイトなどのアルミニウム水酸化物及び水酸化酸化アルミニウムの無水物を含むものと思われる。
【００１３】
本発明に従って作製したチップは、環境によるさらなる酸化に耐性のある側部領域を有する。具体的には、本発明に従って作製したＶＣＳＥＬチップは、気密密封パッケージなしで基板に直接取り付けるのに適していると思われる。
【００１４】
【発明の実施の態様】
図１は、透視断面図で示した典型的なＶＣＳＥＬデバイスを示す。図１は、平面の電流導波された（ｃｕｒｒｅｎｔ ｇｕｉｄｅｄ）ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ最上面の垂直共振器表面発光ダイオードレーザ（ＶＣＳＥＬ）１０及び最上面のミラー領域２６の図である。１実施形態では、ｎ型ドープのミラー層１６を、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によって、ｎ型ドープのＧａＡｓ基体１４上に成長させる。ｎ型のミラースタック１６は、３０．５周期のｎ型にドープされた（Ｔｅ、１×１０１８ｃｍ−３、公称）Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ／ＡｌＡｓの下部の１／４波長スタックでもよく、それぞれの周期が、厚さ２００オングストローム（ａｎｇｓｔｒｏｍ： １０−８ｃｍ）の段階的領域を含む。スペーサ１８は、下部の閉じ込め層２０及び上部の閉じ込め層２４を有し、それぞれの閉じ込め層がＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓから形成される。
【００１５】
それぞれの閉じ込め層２０及び２４の厚さは、生成するスペーサ１８が、好ましくは一波長の厚さになるように選択できる。活性領域２２は、３つの７０Å厚のＧａＡｓ量子井戸でもよい。ｐ型のミラースタック２６は、２２周期のｐ型にドープされた（Ｚｎ、１×１０１８ｃｍ−３、公称）Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ／ＡｌＡｓＤＢＲでもよく、それぞれの周期が厚さ２００Åの段階的領域を含む。この技術プラットフォームの柔軟性を利用して、多くのデバイスサイズ、タイプ及びアレイを同時にバッチ製造することができる。
【００１６】
図示された実施形態では、層１６、１８及び２６がアルミニウム含有層を含んでおり、この例では、アルミニウム含有層はＡｌＡｓ又はＡｌＧａＡｓ層を含んでいる。アルミニウム含有層は、酸化雰囲気にさらされた場合、酸化を受けやすい。基体１４や活性領域２２など非アルミニウム含有層は、端部が酸素含有環境にさらされた場合、酸化を受けにくいが、ある程度は固有酸化物を形成することもある。
【００１７】
次に図２を参照すると、ストリート５６によって隔てられた第１のダイ５２及び第２のダイ５４を有するウェーハ５０が示される。ウェーハ５０は、最上部の不活性化層６０、ｐ型のミラースタックを有する上部のミラー領域６２、上部の閉じ込め領域６４、活性領域６６、下部の閉じ込め領域６８、ｎ型のミラースタックを有する下部のミラー領域７０、及び基体７２を含む。組成は変化するかもしれないが、上部及び下部の閉じ込め領域６４及び６８は、ＡｌＧａＡｓ及びＡｌＡｓを含む層で形成でき、活性領域６６はＧａＡｓから形成できる。上部のミラー領域６２は、ＡｌＡｓの層などのアルミニウム含有材料を含む層から形成でき、下部のミラー領域７０も同様である。
【００１８】
次に図３を参照すると、チャネル７４がエッチングされた後、又はウェーハ５０が好ましくはストリート５６に沿って切り込まれた後のウェーハ５０が示される。チャネル７４は、好ましくは当分野の技術者には周知のフォトリソグラフィ及び化学エッチング技術を用いてエッチングする。プラズマエッチングやイオンミリングなどの他のパターン形成技術もまた企図される。チャネル７４は７６で示す幅、７８で示す深さ及び側壁８０を有する。
【００１９】
好ましい一実施形態では、チャネル７４は後で酸化される最も深い層より深い深さを有し、それはしばしば約５〜１０ミクロンである。図３では、チャネル深さ７８は、最も低いあるいは最も深いアルミニウム含有層、この図では層７０を切り込むのに十分深いことが好ましい。多くのウェーハでは、チャネル７４は、基体７２中でなくとも、少なくとも下部のミラー層７０中まで切り込んでもよい。チャネル７４をこの深さまで切り込むと、全アルミニウム含有層を酸化することが可能になる。チャネル幅７６は、酸化側壁の損傷を避けて個々のチップを形成するためにウェーハの最終切断を行う幅より広いことが好ましい。
【００２０】
チャネル７４を形成した後、チャネルは酸化雰囲気又は流体を用いて酸化することができる。好ましい酸化雰囲気は、熱い湿った空気又は水蒸気である。かかる好ましい酸化プロセスは、Ｈｏｌｏｎｙａｋ，Ｊｒ等の米国特許５，６９６，０２３号に記載されており、これを参照により本明細書に組み込む。他の酸化環境には、例えば、酸素、あるいは窒素などのキャリアガス中を流れる酸素ラジカルが含まれる。
【００２１】
次に図４を参照すると、酸化後のチャネル７４が示される。酸化された部分がチャネル壁８０から内側に及んでいるアルミニウム含有層が示される。層６２、６４、６８及び７０がそれぞれ６３、６５、６９及び７１に酸化された部分を有することがわかる。側面の酸化の度合いは、層の組成に応じて変化することがある。例えば、下部のミラー層７０は、８４に示された側面の酸化の度合いを有し、これは８６で示される下部の閉じ込め領域６８側面の酸化の度合いと異なる。一実施形態では、側面の固有酸化の度合いは、１０〜１５ミクロンである。側面の酸化の度合いは、酸化環境にウェーハをさらす時間を制御することによって制御することができる。温度、蒸気圧及び他の要因もまた側面酸化の速度に影響し、したがってこれらも制御することが好ましい。
【００２２】
図４は、説明を容易にするため層６２、６４、６８及び７０をモノリシック層として示している。当分野の技術者は、そのような層は、たびたびモノリシックではなく、交互の副層（ｓｕｂ−ｌａｙｅｒ）によって形成され、そのある種の副層は固有の酸化物を形成せず、あるいはより低速度で固有酸化物を形成するかもしれないことに気づくだろう。したがって、図４に示された酸化層は、実際には交互の副層で形成され、そのうちのある副層は酸化され、近接した副層は酸化されない、又は酸化される度合いが小さいかもしれない。本出願者は、非アルミニウム含有層は不都合な環境にさらされる前に不活性化することは通常必要ないのでこのことを問題だと思わない。
【００２３】
酸化されたアルミニウム含有層は、酸化アルミニウムが無水物の形態であるアルファ−Ａｌ２Ｏ３やガンマ−Ａｌ２Ｏ３などの酸化アルミニウムを含むと思われる。酸化されたアルミニウム含有層はまた、ＡｌＯ（ＯＨ）、ダイアスポアやベーマイトなど、水酸化酸化アルミニウムの無水物の形態を含むと思われる。これらの形態の酸化アルミニウムはより安定であると思われ、水酸化酸化アルミニウムや亜酸化アルミニウムなど他の酸素に富んだ化合物の形成を妨げる。
【００２４】
酸化が完了した後、図５に示すように、ウェーハ５０を、当業者には周知の通常の技術を用いて切断することができる。ウェーハ５０は、チャネル７４に沿って、通常の刃物又は他の切断、破断装置を用いて切断することができる。次に第１のダイ５２を、第２のダイ５４から切り口又は裂け目に沿って分離する。切断の幅は、側面の幅又は酸化アルミニウム含有層中への浸透を保つため、チャネルの幅未満とすることが好ましい。切断の幅が好ましくはチャネルの幅未満であるので、しばしば肩８５ができる。肩８５は、切断プロセス中に取り除かれなかったチャネル７４の底面の部分に対応する。
【００２５】
チップを個々のチップに切断する前に酸化を行うことが好ましい。こうすると、ウェーハを単一片として維持できるという利点が得られ、取り扱いが容易になる。しかし、もう一つの方法では、酸化の前にウェーハを個々のダイに切断することができる。この方法では、個々のチップは、端部全体が酸化流体にさらされ、酸化後にさらに切断する必要がない。この後者の方法では、ウェーハを個々のダイに切断する前にチャネルを形成する必要がない。
【００２６】
保護酸化層のため、本発明により、ＶＣＳＥＬ及び他のデバイスをワイヤボンディングや表面実装など通常の方法を用いて回路板上に直接取り付けることが可能になる。さらに、本発明によりＶＣＳＥＬや他のデバイスをより小さな、気密でないプラスチックパッケージ中に取り付けることが可能になることが企図される。最後に、本発明により、デバイスをチップ端のより近くに設置できるようにすることによって、チップサイズを小さくすることができ、それによって歩留りを増加させ、かかるデバイスのコストを削減することができることが企図される。
【００２７】
以上本発明を主としてＶＣＳＥＬデバイスに関して記載したが、本発明はアルミニウム含有ＩＩＩ〜Ｖ族半導体の層を含むどのような電子装置にも応用できることが企図される。かかるデバイスには、例えば様々な線形、デジタル回路、様々な光電子デバイスなどが含まれる。
【００２８】
本明細書によって包含される本発明の多くの利点は、前記の記載に提示される。しかしながら、この開示は、多くの点で例示的なものにすぎないことを理解されたい。特に形状、サイズ及び部品の配置に関しては、本発明の範囲を超えることなく細部に変更を加えることができる。本発明の範囲は、もちろん、冒頭の特許請求の範囲で表現される言葉で定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＶＣＳＥＬデバイスの透視断面図である。
【図２】
多数のＶＣＳＥＬダイをその上に有するウェーハの側断面図である。
【図３】
ウェーハ中にチャネルを形成した後の、図２のウェーハの側断面図である。
【図４】
チャネルを酸化環境にさらした後の、図３のウェーハの側断面図である。
【図５】
チャネルを通って切断して個々のチップを形成した後の、図４のウェーハの側断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004535057.tif 000003
2004535057.tif 000004
2004535057.tif 000005
2004535057.tif 000006
2004535057.tif 000007
2004535057.tif 000008
2004535057.tif 000009
2004535057.tif 000010
2004535057.tif 000011
2004535057.tif 000012
2004535057.tif 000013
2004535057.tif 000014
2004535057.tif 000015
2004535057.tif 000016
2004535057.tif 000017
2004535057.tif 000018
2004535057.tif 000019
2004535057.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004535057.tif 000021
【国際調査報告】
2004535057.tif 000022
2004535057.tif 000023
2004535057.tif 000024