CN1719674A - 光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可提高可靠性的光元件及其制造方法。该光元件(100)包括：基板(110)；柱状部(130)，在基板(110)上方形成，并具有用于光发射和入射的上表面(132)；树脂层(140)，形成在基板(110)的上方包含柱状部(130)的周围的区域；增强层(180)，形成在树脂层(140)的上方，由比树脂层(140)硬的材料构成；电极(150)，具有形成在增强层(180)的上方的连接部(156)，并电连接至柱状部(130)的上表面(132)中的暴露区域的端部。

Description

光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及光元件及其制造方法。
背景技术
众所周知，光元件的结构包括：基板；柱状部，在基板的上方形成，用于进行光发射或入射；树脂层，在基板上方并围绕着柱状部而形成；以及电极，其经过树脂层的上方，与柱状部的上表面电连接。由于树脂层软，如果在树脂层上的电极连接金属线等，可能会导致树脂层的变形。
为了提高连接性，有在树脂层的下部设置由硬材料构成的应力缓和层的提案(参照专利文献1)，然而，这也不能充分防止树脂层的变形。如果树脂层变形，可能导致电极被剥离，不能维持电连接可靠性。
专利文献1：日本特开2004-31633号公报
发明内容
本发明的目的在于提高光元件及其制造方法的可靠性。
(1)根据本发明的光元件，其包括：基板；柱状部，形成在所述基板的上方，具有光发射或入射的上表面；树脂层，形成在所述基板的上方包含所述柱状部的周围的区域；增强层，形成在所述树脂层的上方，由比所述树脂层硬的材料构成；电极，具有形成在所述增强层的上方的连接部，并电连接至所述柱状部的所述上表面中的暴露区域的端部。
根据本发明，在连接部的基底上有硬材料的增强层，因此，与将软的树脂层作为基底的情况相比，可以有效防止由于连接时的应力引起的树脂层的变形。另外，也可以防止伴随树脂层的变形的电极的剥离或损坏。
并且，在本发明中，所谓在特定的A层上方设置B层，包括在A层上直接设置B层的情况和在A层上通过其他层设置B层的情况。
(2)在该光元件中，所述增强层可以形成在包含全部所述连接部的区域。
(3)在该光元件中，所述增强层形成在包含全部所述树脂层的区域。
由此，增强层以压入整个树脂层的方式保护，从而可以有效防止由于外部应力引起的树脂层的变形。另外，增强层可以保护树脂层。
(4)在该光元件中，所述树脂层可以形成在所述基板上方的一部分。
(5)在该光元件中，所述增强层可以形成在包含全部所述树脂层、并包含所述树脂层的外侧的区域。
由此，可以通过增强层保护树脂层和其外侧的区域。
(6)在该光元件中，所述增强层可以由无机材料构成。
(7)在该光元件中，所述增强层可以由金属构成。
(8)在该光元件中，所述树脂层包括第一部分和第二部分，所述第一部分设置在所述基板的上方的所述柱状部的周围，所述第二部分设置在所述柱状部的所述上表面的端部。
(9)在该光元件的制造方法中，包括：(a)在基板的上方，形成具有光发射或入射的上表面的柱状部；(b)在所述基板的上方包含所述柱状部的周围的区域，形成树脂层；(c)在所述树脂层的上方，形成由比所述树脂层硬的材料构成的增强层；以及(d)在所述增强层的上方，形成具有连接部、并电连接至所述柱状部的所述上表面中的暴露区域的端部的电极。
根据本发明，在连接部的基底上有硬材料的增强层，因此，与将软的树脂层作为基底的情况相比，可以有效防止由于连接时的应力引起的树脂层的变形。另外，也可以防止伴随树脂层的变形的电极的剥离或损坏。
并且，在本发明中，所谓在特定的A层上方设置B层，包括在A层上直接设置B层的情况和在A层上通过其他层设置B层的情况。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的光元件的平面图；
图2是根据本发明第一实施例的光元件的截面图；
图3是根据本发明第一实施例的光元件的制造方法的示意图；
图4是根据本发明第一实施例的光元件的制造方法的示意图；
图5是根据本发明第一实施例的光元件的制造方法的示意图；
图6是根据本发明第一实施例的光元件的制造方法的示意图；
图7是根据本发明第一实施例的光元件的制造方法的示意图；
图8是根据本发明第一实施例的光元件的制造方法的示意图；
图9是根据本发明第一实施例的光元件的制造方法的示意图；
图10是根据本发明第一实施例的光元件的制造方法的示意图；
图11是根据本发明第一实施例的光元件的制造方法的示意图；
图12是根据本发明第一实施例的变形例的光元件的截面图；
图13是根据本发明第一实施例的变形例的光元件的截面图；
图14是根据本发明第二实施例的光传输装置的示意图；
图15是根据本发明第三实施例的光传输装置的使用形式的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图描述本发明的实施例。
(第一实施例)
1、光元件
图1是根据采用本发明的第一实施例的光元件的平面图。图2是根据本实施例的光元件的截面图，是沿图1的II-II线的截面图。另外，图12和图13是根据采用本实施例的变形例的光元件的截面图。
根据本实施例的光元件100包括基板110、柱状部130、树脂层140、增强层180、以及电极150、152。在本实施例中，以光元件100是表面发光型半导体激光器为例进行说明。
基板110是半导体基板(例如，n型GaAs(砷化镓)基板)。柱状部130承载于基板110上。柱状部130例如呈圆柱形状。虽然在图1所示的实例中，一个基板110具有一个柱状部130，但其也可具有多个柱状部130。柱状部130上表面132的中央部分构成光(激光)发射的光学面128。光学面128从树脂层140、增强层180、和电极150露出。
如图2所示，在基板110上形成有元件部120，元件部120的一部分构成柱状部130。元件部120具有凸形的截面形状。基板110和元件部120可具有相同的平面形状(例如，为矩形)。或者元件部120的平面形状也可小于基板110的平面形状，从而基板110的一部分可从元件部120露出。在面发光型半导体激光器的情况下，元件部120被称作谐振器(垂直谐振器)。
例如，元件部120中顺次层叠有：第一镜122，其是交替层叠n型Al0.9Ga0.1As层和n型Al0.15Ga0.85As层的40对分布式反射型多层镜；活性层(active layer)123，其由GaAs阱层和Al0.3Ga0.7As垒层构成，其中阱层包括由三层构成的量子阱结构；以及第二镜124，其是交替层叠p型Al0.9Ga0.1As层和p型Al0.15Ga0.85As层的25对分布式反射型多层镜。另外，构成第一镜122、活性层123和第二镜124的各层的成分及层数并不局限于此。
第二镜124通过掺杂例如C、Zn、Mg等被形成为p型，第一镜122通过掺杂例如Si、Se等被形成为n型。因此，通过第二镜124、未掺杂杂质的活性层123、以及第一镜122形成pin二极管。
此外，在构成第二镜124的层中的邻近活性层123的区域中形成有由氧化铝作为主要成分的电流狭窄层125。该电流狭窄层125形成环形。换言之，当以平行于光学面128的平面切割时，电流狭窄层125的截面是同心圆。
柱状部130指的是至少包括第二镜124(例如，包括第二镜124、活性层123以及一部分第一镜122)的半导体层压体。柱状部130通过元件部120的其他部分形成于基板110的上方。
树脂层140被形成为与柱状部130接触。在本实施例中，树脂层140包括：第一部分142，在基板110的上方围绕柱状部130形成；以及第二部分144，在柱状部130上表面132的端部形成。树脂层140可由例如聚酰亚胺树脂、氟树脂、丙烯酸树脂、或环氧树脂等形成，特别是从易于加工和绝缘特性观点来看，优选由聚酰亚胺树脂或氟树脂形成。
树脂层140的第一部分142可在元件部120上形成，可完全覆盖柱状部130的侧面134。由此，可通过树脂层140保护柱状部130的侧面。如图1所示，第一部分142可覆盖基板110的一部分，也可完全覆盖除柱状部130区域以外的基板110。如图2所示，第一部分142的上表面143位于低于或大致相同高度或高于柱状部130上表面132的位置。如果树脂层140厚，就可以降低容纳在电极150和基板110(电极152)之间的寄生电容，可以提高高频率特性。因此，可以提高光元件的可靠性。另外，在图2所示的例中，第一部分142的厚度大致均匀。或者第一部分142的厚度也可以随着远离柱状部130而变小。换言之，第一部分142的上表面143可逐渐地倾斜，以使其随着远离柱状部130而降低。
树脂层140的第二部分144以避开光学面128的方式形成。第二部分144与第一部分142一体(连续地)形成。树脂层140覆盖柱状部130的上表面132与侧面134之间的角部，并且第二部分144覆盖柱状部130上表面132的端部。如图2所示，当第一部分142的上表面143与柱状部130的上表面132大致为同一高度或比其更低时，第一部分142随着其靠近柱状部130而逐渐隆起。当柱状部130上表面132的宽度(直径)约为35～40μm时，第二部分144可覆盖从柱状部130的周边向中心延伸约3～12μm的区域。如果在上述数值范围内，当用掩模对树脂层140形成图案时，可以限制在掩模的错位误差的范围内，所以在制造工序中可准确地形成第二部分144。
如图1所述，第二部分144可沿着柱状部130上表面132的周边连续地形成。例如，第二部分144可形成为环形。在此情况下，在柱状部130的上表面132上形成树脂层140的开口部146。由此，柱状部130上表面132的整个周边的角部也被覆盖，从而在树脂层140与柱状部130之间实现了非常高的密合性。此外，柱状部130的侧面134被完全覆盖，从而柱状部130除了光学面128以外，没有向外界空气暴露，因此可提高该光元件的可靠性。
或者，树脂层140的第二部分144可以在柱状部130的上表面132的一部分周边上形成。即，第二部分144可以沿着柱状部130的上表面132的周边连续形成。或者，树脂层140可以不形成在柱状部130的上表面132，而只形成在柱状部130的周围。
此外，如图2所示，第二部分144的厚度可从柱状部130的上表面132的周边朝向中心的方向逐渐减小。第二部分144的上表面可形成光滑的曲面。由此，可沿着树脂层140的第二部分144的形状平稳地倾斜形成后述的电极150，从而可有效地防止电极150的断线。
增强层180形成在树脂层140上，由比树脂层140硬的材料(拉伸弹性模量大的材料)形成。例如，作为树脂层140可以使用拉伸弹性模量为0.3Gpa～5Gpa左右的物质，作为增强层180可以使用拉伸弹性模量为10Gpa～100Gpa左右的物质。例如，增强层180可以由聚酰亚胺树脂层(拉伸弹性模量为2.07Gpa左右)的硬材料。增强层180的厚度不受限制，例如，可以是100nm～500nm左右(优选为300nm～500nm左右)。如果增强层180厚，就可以有效防止树脂层140的变形。例如，与不形成增强层180的情况相比，以厚度100nm时为50％、厚度200nm时为67％、厚度300nm时为85％的比例防止电极150的剥离。并且，增强层180可以由绝缘材料形成，也可以由导电材料形成。另外，增强层180，例如可以比树脂层140厚。
增强层180也可以由氧化物或氮化物等无机材料形成。例如，增强层180可以是氧化硅层(拉伸弹性模量为92Gpa左右)，也可以是氮化硅层(拉伸弹性模量为14.6Gpa左右)。当增强层180由无机材料形成时，由于与电极150的密合性比树脂层140好，因此，可以有效的防止电极150的剥离。
或者，增强层180也可以由金属形成。例如，增强层180可以是金属(拉伸弹性模量为79Gpa左右)。此时，增强层180也可以由与电极150的接触增强层180的层不同的材料形成。
电极(第一电极)150具有连接(bonding)部156，连接部156的至少一部分形成在增强层180上。具体地，连接部156的至少一部分与树脂层140和增强层180都重叠。由此，在连接部156的基底上有硬材料的增强层180，因此，可以有效防止由于连接时的应力引起的树脂层140的变形。
连接部156是与外部的电连接部。连接部156包括金属线或凸块(bump)等导电部件(未图示)连接的区域。连接光元件100的形式可以是面朝上连接或面朝下连接。
如图1所示，增强层180可以形成在包括整个树脂层140、并包括树脂层140的外侧的区域。具体地，如图2所示，增强层180覆盖整个树脂层140，还覆盖从树脂层140露出的元件部120(或基板110)。增强层180可以与基板110的整个平面形状重叠。此时，增强层180以避开光学面128的方式形成。由此，增强层180以压入整个树脂层140的方式保护，从而可以有效防止由于连接时的应力等外部应力引起的树脂层140的变形。另外，增强层180起到树脂层140和元件部120(或基板110)的保护部件的作用，因此，可以提高对于外部环境(热、湿度或药物)的可靠性。
在此，增强层的形成区域并不限于上述的情况，可以有各种变形。
作为变形例，在如图12所示的例中，增强层280形成在包括整个树脂层140区域。另外，增强层280只形成在树脂层140上，而没有形成在从树脂层140露出的元件部120(或基板110)上。如果增强层280以露出一部分树脂层140的外侧的方式形成，可以在该露出区域例如形成电极152。另外，增强层280至少以压入整个树脂层140的方式保护，因此，也可以获得上述的效果。
作为其他变形例，在如图13所示的例中，增强层380形成在包括整个连接部156的区域。另外，增强层380只形成在连接部156(或比连接部156稍大的区域)上，而没有形成在一部分树脂层140上。如果增强层380形成在连接部156上，至少可以有效防止由连接时的应力引起的树脂层140的变形。
如图2所示，电极150经过树脂层140的第一及第二部分142、144，并电连接至柱状部130上表面132中的暴露区域的端部。电极150在沿着该暴露区域的周边连续形成。例如，电极150与柱状部130的上表面132相接触的部分可形成环形。从而，电流可均衡地流向柱状部130。电极150可由例如Au和Au、Zn合金的层压膜构成。此外，如果再添加Cr膜，可提高树脂层140或增强层180之间的密合性。另一方面，在图2所示的例中，电极(第二电极)152在基板110的背面形成。电极152由例如Au和Au、Ge合金的层压膜构成。由此，电流可通过电极150、152流入第一及第二镜122、124之间的活性层123中。另外，电极150、152的材料并不限定于上述材料，还可使用诸如Ti、Ni、Au或Pt等金属，以及这些金属的合金。
在此，对该光元件(表面发光型半导体激光器)的驱动方法的实例进行说明。当对光元件100中的电极150与152之间的pin二极管施加正向电压时，将在活性层123中发生电子与空穴的再结合，从而由这种再结合而产生发光。在产生的光在第二镜124与第一镜122之间往复运动时，发生受激发射，由此，光强被放大。当光增益超过光损失时，发生激光振荡，激光沿垂直于基板110的方向从柱状部130上表面132的光学面128(发射面)射出。
根据本实施例的光元件，在连接部156的基底上有硬材料的增强层180，因此，与将软的树脂层作为树脂层140的基底的情况相比，可以有效防止由于连接时的应力引起的树脂层140的变形。即，可以防止对于电极150的连接时的应力传达到树脂层140。另外，也可以防止伴随树脂层140的变形的电极150的剥离或损坏。
另外，因为树脂层140一直形成至柱状部130上表面132的端部，所以可提高树脂层140与柱状部130之间的密合性。因此，即使当树脂层140由于受热而比柱状部130收缩得更多时，也可以防止树脂层140从柱状部130上脱落下来，从而可相应地防止电极150的断线。换言之，可缓和由树脂层140的硬化和收缩引起的应力，从而可防止电极150的断线。
此外，树脂层140的机械特征值(热膨胀系数等)即使不采用与例如基板110和柱状部130等相同和相近的值，也可以提高光元件的可靠性，因此具有材料选择的自由度大的优点。
另外，本发明可应用的光元件并不局限于表面发光型半导体激光器，也可以是其他的发光元件(例如，半导体发光二极管和有机LED)，或者是感光元件(例如，光敏二极管)。在感光元件的情况下，柱状部130的光学面构成光入射面。此外，在柱状部130的上表面132(光学面128)上还可以设置微透镜等光学部件(未图示)。
此外，在上述各半导体中，p型和n型可以相互交换。虽然在上述实例中，描述的是AlGaAs类，但也可根据要产生的振荡波长使用其他的半导体材料，诸如GaInP类、ZnSSe类、InGaN类、AlGaN类、InGaAs类、GaInNAs类、GaAsSb类等。
2、光元件制造方法
图3至图11示出了根据本发明第一实施例的光元件的制造方法。
(1)首先，形成包括柱状部130的元件部120(参照图3至图5)。
如图3所示，在由n型GaAs构成的半导体基板110的表面上，通过边改变组成，边外延生长来形成半导体多层膜158。在此，半导体多层膜158包括例如：40对第一镜122，其交替层叠n型Al0.9Ga0.1As层和n型Al0.15Ga0.85As层；活性层123，其由GaAs阱层和Al0.3Ga0.7As垒层构成，其中阱层包括由三层构成的量子阱结构；以及25对第二镜124，其交替层叠p型Al0.9Ga0.1As层和p型Al0.15Ga0.85As层。将这些层依次层叠在基板110上，以形成半导体多层膜158。
当生长第二镜124时，邻近活性层123的至少一层形成AlAs层或Al成分为大于等于0.95的AlGaAs层。该层随后被氧化，并形成电流狭窄层125(参照图5)。此外，第二镜124最上面的表层优选提高载流子密度，从而可较容易地取得与电极150的奥姆接触。
对于进行外延生长时的温度，根据生长方法、原材料、基板110的种类，或者要形成的半导体多层膜158的种类、厚度及载流子密度等适当地确定，通常优选为450℃～800℃。此外，进行外延生长时所要求的时间也与温度同样需要适当确定。此外，外延生长方法可以使用金属有机气相外延(MOVPE：Metal-Organic Vapor PhaseEpitaxy)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)法或LPE(Liquid Phase Epitaxy，液相外延)法等。
接下来，如图3所示，在半导体多层膜158上涂布抗蚀剂，然后通过照相平版印刷法形成图案，从而形成具有特定图案的保护层R100。保护层R100在柱状部130(参照图1和图2)的预定形成区域的上方形成。接下来，如图4所示，将该保护层R100用作掩模，通过例如干蚀刻法来蚀刻第二镜124、活性层123及第一镜122的一部分，从而形成柱状部130。然后，清除保护层R100。
接下来，如图5所示，例如，在约400℃的水蒸气氛围中，放入通过上述步骤形成了柱状部130的基板110，由此从侧面氧化第二镜124中的具有较高的Al成分的层(Al成分为0.95或更高的层)，从而形成电流狭窄层125。氧化率取决于炉温、水蒸气供应量、以及要氧化的层的Al成分和膜厚。当具有上述电流狭窄层125的表面发光型半导体激光器受到激励时，电流只在未形成电流狭窄层125的部分(未氧化的部分)流动。因此，在通过氧化来形成电流狭窄层125的步骤中，通过控制电流狭窄层125的形成区域，可控制电流密度。
(2)接下来，形成树脂层140(参照图6至图11)。
首先，设置树脂层前体层160，使其覆盖整个基板110。再设置树脂层前体层160，使其覆盖柱状部130的上表面132和侧面134，并覆盖元件部120的其他部分。树脂层前体层160可通过例如旋转涂覆法进行涂覆。或者也可使用任何其他公知技术，例如浸涂法、喷涂法、喷滴法(例如，喷墨法)等。树脂层前体层160可随着柱状部130的突出而隆起。或者，树脂层前体层160也可以在柱状部130的再上方使上表面平坦地形成。
树脂层前体层160可采用湿法蚀刻步骤(溶解清除步骤)形成图案。湿法蚀刻步骤可以是照相平版印刷术的湿法显影步骤。在本实施例所示的实例中，将具有感光性的树脂层前体层160通过采用照相平版印刷术进行曝光和显影。
在湿法蚀刻步骤之前(更具体地，在曝光之前)，树脂层前体层160可在例如约80～100℃下进行预烘烤，以蒸发树脂层前体层160中的溶剂。由此，可使湿法蚀刻时的溶解速度均匀。此外，如下所述，当在树脂层前体层160上设置保护层R110、同时将其曝光和显影时，通过预烘烤，可使树脂层前体层160的溶解速度低于保护层R110的溶解速度。
如图7所示，在树脂层前体层160上设置保护层R110。保护层R110是感光性抗蚀剂。作为保护层R110，可使用光能照射部分的溶解性增加的正相型。
首先，在第一形成图案步骤中，将树脂层前体层160中的柱状部130以外的部分清除掉。具体地，在包括柱状部130的区域上方配置掩模170，并照射光能172。对保护层R110和树脂层前体层160的露出掩模170的区域照射光能172。由此，将树脂层R110和树脂层前体层160一起曝光。接下来，通过将其浸入显影溶剂中，将用光能172照射的区域一起清除。另外，当使用光能照射的部分的溶解性下降的负相型时，只要将光能172的照射部分反转即可。
接下来，在第二形成图案步骤中，将树脂层前体层160的在柱状部130的上表面132的上方的部分清除掉。具体地，使柱状部130上表面132的中心部形成开口，配置掩模174，并照射光能176。以与第一形成图案步骤中所述的相同的方式将保护层R110和树脂层前体层160一起曝光和显影。在第二形成图案步骤中，使用在第一形成图案步骤中残留的保护层R110。通过多次进行形成图案步骤，可分别确保曝光和显影的最佳时间，并且可实现最合适的图案形状。
在此方式下，如图10所示，可将柱状部130上表面132的中心部曝光。保护层R110和树脂层前体层160不仅设置于柱状部130周围，而且设置于柱状部130上表面132的端部。接下来，将保护层R110清除。利用抗蚀稀释剂(例如，LB稀释剂(商品名))等，可将保护层R110溶解、清除(湿法蚀刻)。在此情况下，通过利用保护层R110和经过预烘烤的树脂层前体层160的溶解速度的比不同，可将整个保护层R110清除，并可将树脂层前体层160的表层部清除。由此，在将保护层R110清除之后，可使树脂层前体层160的上表面形成光滑的曲面。更具体地，在柱状部130的上表面132上，树脂层前体层160的厚度从上表面132的周边向中心的方向逐渐地减小，从而可有效地防止下述电极150的断线。
接下来，将树脂层前体层160硬化。例如，将树脂层前体层160在约350℃下加热，由此，可形成基本上完全硬化的树脂层140。当将聚酰亚胺树脂层前体层用作树脂层前体层160时，通过热硬化可形成聚酰亚胺树脂层。树脂层140包括上述第一及第二部分142、144。
在上述实例中，将形成图案步骤进行了两次，但也可用一个形成图案步骤对保护层R110和树脂层前体层160形成图案。在此情况下，对保护层R110和树脂层前体层160在柱状部130上方的膜厚以及其在柱状部130以外的膜厚进行调节，只要确保曝光和显影的最佳时间即可。
在上述实例中，对设置有保护层R110的情况进行了描述，但是也可不设置保护层R110，也可以只对树脂层前体层160形成图案。在此情况下，为了将树脂层前体层160的上表面制成光滑曲面，可再次实施湿法蚀刻等。
可选地，可由非感光材料形成树脂层前体层160。在此情况下，可采用常规湿法蚀刻步骤形成图案。
(3)之后形成增强层180(参照图2)
增强层180形成在包括树脂层140上面的区域。增强层180由比树脂层140硬的材料形成。增强层180可以由无机材料形成，以可以由金属形成。例如，作为增强层180，用溅射法或CVD法形成氧化硅层或氮化硅层。之后，为了使柱状部130的上表面132的光学面128开口，对增强层180进行图案形成。图案形成可以通过照相平版印刷术以及干蚀刻进行。由于增强层180由比树脂层140硬的材料形成，蚀刻的尺寸精度高，可以准确地确定光学面128的开口区域。因此，可以进行实现光元件的特性均匀的制造步骤。并且，可以通过改变图案形成区域，形成在上述的图12或图13中示出的增强层。
(4)最后，形成电极150和152(参照图2)。电极150电连接至第二镜124，并且电极152电连接至第一镜122。
在柱状部130的上表面132和增强层180上形成电极150。更具体地，电极150经过树脂层140的第一及第二部分142、144上，并电连接至柱状部130上表面132的暴露区域的端部。此外，在基板110的背面(与元件部120相反的面)上形成电极152。如有必要，可使用等离子体处理等清洗柱状部130的上表面、树脂层140的上表面以及基板110的背面。由此，可形成特性更稳定的元件。
接下来，例如，通过真空淀积法(vapor deposition)形成例如Au和Au、Zn合金的层压膜。然后，通过利用掀起法(lift-off method)将一部分层压膜清除，由此可在柱状部130的上表面132及增强层180上形成电极150的图案。此时，柱状部130上表面132的中心部从层压膜开口，并且该开口部154的底面构成光学面128。另外，除了掀起法，还可用干法蚀刻法形成电极150的图案。
同样，通过对例如Au和Au与Ge的合金的层压膜形成图案，从而在基板110的背面形成电极152。接下来，可进行退火处理。以此方式，可形成电极150、152。
根据本实施例的光元件的制造方法，在连接部156的基底上有硬材料的增强层180，因此，与将软的树脂层作为树脂层140的基底的情况相比，可以有效防止由于连接时的应力引起的树脂层140的变形。另外，也可以防止伴随树脂层140的变形的电极150的剥离或损坏。
另外，将树脂层140一直延伸至柱状部130上表面132的端部，从而可提高树脂层140与柱状部130之间的密合性。因此，即使当树脂层140由于受热而比柱状部130收缩得更大时，也可防止树脂层140从柱状部130脱离，还可相应地防止电极150的断线。换言之，可缓和由树脂层140的硬化和收缩引起的应力，从而可防止电极150的断线。
另外，根据本实施例的光元件制造方法包括可从上述半导体装置的说明中导出的内容。
(第二实施例)
图14是表示根据本发明第二实施例的光传输装置的示意图。光传输装置200与例如计算机、显示装置、存储装置、打印机等的电子装置202相互连接。电子装置202可以是信息通信装置。光传输装置200可在线缆204两侧设置插头206。线缆204包括光纤。在插头206中内置有上述光元件。在插头206中还可内置有半导体芯片。
连接于光纤一端的光元件是发光元件，连接于光纤另一端的光元件是感光元件。从一个电子装置202中输出的电信号通过发光元件转换成光信号。光信号在光纤上传输，被输入至感光元件。感光元件将输入的光信号转换成电信号。并且，电信号被输入至另一个电子装置202。由此，根据本发明的光传输装置200，可通过光信号在电子装置202之间进行信息传输。
(第三实施例)
图15是根据本发明第三实施例的光传输装置的使用形式的示意图。光传输装置212与电子装置210相连接。关于电子装置210，可以列举如下：液晶显示监视器、或数字对应的CRT(其可用于金融、邮购、医疗、以及教育领域)、液晶投影装置、等离子显示器(PDP)、数字TV、零售店的收款机(用于POS(电子收款机Pointof Sale Scanning))、录像机、收音机、游戏装置、打印机等等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
符号说明
100光元件
110基板
120元件部
130柱状部
132上表面
140树脂层
142第一部分
144第二部分
150、152电极
156连接部
160树脂层前体层
180、280、380增强层

Claims (9)

1.一种光元件，包括：
基板；
柱状部，形成在所述基板的上方，具有光发射或入射的上表面；
树脂层，形成在所述基板的上方包含所述柱状部的周围的区域；
增强层，形成在所述树脂层的上方，由比所述树脂层硬的材料构成；以及
电极，具有形成在所述增强层的上方的连接部，并电连接至所述柱状部的所述上表面中的暴露区域的端部。
2.根据权利要求1所述的光元件，其中，所述增强层形成在包含全部所述连接部的区域。
3.根据权利要求1或2所述的光元件，其中，所述增强层形成在包含全部所述树脂层的区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光元件，其中，所述树脂层形成在所述基板上方的一部分。
5.根据权利要求4所述的光元件，其中，所述增强层形成在包含全部所述树脂层、并包含所述树脂层的外侧的区域。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光元件，其中，所述增强层由无机材料构成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的光元件，其中，所述增强层由金属构成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光元件，其中，所述树脂层包括第一部分和第二部分，所述第一部分设置在所述基板的上方的所述柱状部的周围，所述第二部分设置在所述柱状部的所述上表面的端部。
9.一种光元件的制造方法，包括：
(a)在基板的上方，形成具有光发射或入射的上表面的柱状部；
(b)在所述基板的上方包含所述柱状部的周围的区域，形成树脂层；
(c)在所述树脂层的上方，形成由比所述树脂层硬的材料构成的增强层；以及
(d)在所述增强层的上方，形成具有连接部、并电连接至所述柱状部的所述上表面中的暴露区域的端部的电极。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104734011A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 精工爱普生株式会社 面发光激光器以及原子振荡器
CN104734008A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 精工爱普生株式会社 面发光激光器以及原子振荡器

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4232034B2 (ja) * 2004-07-01 2009-03-04 セイコーエプソン株式会社 面発光型半導体レーザの製造方法
JP4164685B2 (ja) * 2004-07-06 2008-10-15 セイコーエプソン株式会社 光素子及びその製造方法
JP4581848B2 (ja) * 2005-05-31 2010-11-17 セイコーエプソン株式会社 光素子
JP2006339418A (ja) * 2005-06-02 2006-12-14 Seiko Epson Corp 光素子及びその製造方法
JP4720637B2 (ja) * 2005-09-07 2011-07-13 セイコーエプソン株式会社 光素子及びその製造方法
EP1965474B1 (en) * 2007-02-27 2014-05-07 Oclaro Japan, Inc. Optical semiconductor device
JP5064072B2 (ja) * 2007-03-23 2012-10-31 浜松ホトニクス株式会社 光源装置
JP4952725B2 (ja) * 2009-01-14 2012-06-13 ソニー株式会社 不揮発性磁気メモリ装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5528071A (en) * 1990-01-18 1996-06-18 Russell; Jimmie L. P-I-N photodiode with transparent conductor n+layer
JPH0428231A (ja) * 1990-05-23 1992-01-30 Nec Corp 半導体装置の製造方法
US5212395A (en) * 1992-03-02 1993-05-18 At&T Bell Laboratories P-I-N photodiodes with transparent conductive contacts
WO2001071820A2 (en) * 2000-03-22 2001-09-27 Aegis Semiconductor A semitransparent optical detector with a transparent conductor and method of making
JP2002368334A (ja) * 2001-03-26 2002-12-20 Seiko Epson Corp 面発光レーザ、フォトダイオード、それらの製造方法及びそれらを用いた光電気混載回路
US6898215B2 (en) * 2001-04-11 2005-05-24 Optical Communication Products, Inc. Long wavelength vertical cavity surface emitting laser
JP2004031633A (ja) 2002-06-26 2004-01-29 Ricoh Co Ltd 面発光半導体レーザ素子及び光伝送システム
US7205621B2 (en) * 2003-02-17 2007-04-17 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Surface shape recognition sensor
JP2004288971A (ja) 2003-03-24 2004-10-14 Seiko Epson Corp 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法及び電子機器
JP4120813B2 (ja) * 2003-06-12 2008-07-16 セイコーエプソン株式会社 光学部品およびその製造方法
JP4164685B2 (ja) * 2004-07-06 2008-10-15 セイコーエプソン株式会社 光素子及びその製造方法
US20060056473A1 (en) * 2004-08-20 2006-03-16 Tatsuya Tanigawa Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104734011A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 精工爱普生株式会社 面发光激光器以及原子振荡器
CN104734008A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 精工爱普生株式会社 面发光激光器以及原子振荡器

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