CN1881606A - 光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光元件，其可以防止由电极的断线引起的光元件的可靠性的下降。本发明的光元件(100)具有第一半导体元件(170)和第二半导体元件(160)，第一半导体元件包括：半导体层(116)、(117)、(118)；第一导电型的第一电极(131a)及第二电极(131b)，用于驱动上述第一半导体元件，形成在上述半导体层的上方的相互分开的位置上；以及第二导电型的第三电极(132)，用于驱动第一半导体元件；第二半导体元件(160)包括：第一导电型的第四电极(121)，用于驱动第二半导体元件；以及第二导电型的第五电极(122)，用于驱动第二半导体元件；该光元件还具有连接电极(142)，用于连接第一电极和第五电极、及用于连接第二电极和第五电极。

Description

光元件
技术领域
本发明涉及一种光元件。
背景技术
光元件，例如发光二极管、表面发光型半导体激光器、光敏二极管等，因为为限定发光区域或受光区域而形成柱状的区域，所以各元件的端部呈有阶梯的结构。而且，在绝缘膜或焊盘等的形成区域，同样也有阶梯的结构。存在这样的问题：在有阶梯结构的区域，光元件的电极容易断线。
在专利文献1中，公开了将元件的侧面形成为正锥形，从而防止电极断线的方法。
专利文献1：特开2004-311701号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种光元件，可以防止由电极断线引起的光元件可靠性下降。
根据本发明的包括第一半导体元件和第二半导体元件的光元件，上述第一半导体元件包括：半导体层；第一导电型的第一电极及第二电极，用于驱动上述第一半导体元件，形成在上述半导体层的上方的相互分开的位置上；以及第二导电型的第三电极，用于驱动上述第一半导体元件；上述第二半导体元件包括：第一导电型的第四电极，用于驱动上述第二半导体元件；第二导电型的第五电极，用于驱动上述第二半导体元件，该光元件还包括连接电极，该连接电极用于连接上述第一电极和上述第五电极、以及连接上述第二电极和上述第五电极。
这样，第二半导体元件的第五电极通过连接电极与第一半导体元件在多个位置实现电连接，因此，即使一处的连接断线，第一半导体元件和第二半导体元件都可以发挥作用，从而可以提高光元件的可靠性。
根据本发明的光元件，上述第一电极、第二电极与第五电极可以在不同的高度形成，上述连接电极可以在上述基板上从上述第一电极的上表面连续地形成至上述第五电极的上表面，并且，可以从第二电极的上表面连续地形成至上述第五电极的上表面。
这样，即使上述第一电极和第二电极与上述第五电极在不同的高度形成，但由于它们在多个方向连续地形成，因此也可以防止断线。
根据本发明的光元件，还包括绝缘层，在上述第一半导体元件和上述第二半导体元件之间形成，上述连接电极可以通过上述绝缘层的上表面从上述第一电极的上表面连续地形成至上述第五电极的上表面，且可以通过上述绝缘层的上表面，从上述第二电极的上表面连续地形成至上述第五电极的上表面。
根据本发明的光元件，上述第一电极及上述第二电极可以形成在从基板侧看高于上述第五电极的位置，上述绝缘层的侧面从上述第一电极及第二电极侧向下方倾斜至上述第五电极侧。
根据本发明的光元件，上述第一电极和上述第二电极可以形成在上述半导体层的上表面，上述半导体层可以形成在一区域，该区域不包括上述第一电极和上述第二电极的虚拟连接线的至少一部分区域，如俯视图所示。
根据本发明的光元件，在俯视图中，上述连接电极可以通过上述半导体层形成区域以外的区域，从第一电极的上表面连续地形成至上述第二电极的上表面。
根据本发明的光元件，上述第二半导体元件可以是表面发光型半导体激光器。
根据本发明的光元件，上述第一半导体元件可以是与上述表面发光型半导体激光器并联电连接的整流元件。
根据本发明的包括表面发光型半导体激光器和与该表面发光型半导体激光器并联连接的整流元件的光元件，上述整流元件包括：第二导电型的第一半导体层及第一导电型的第二半导体层，从基板侧依次形成；第一导电型的第一电极及第二电极，形成在上述第二半导体层的表面上相互分开的位置上；以及第二导电型的第三电极；上述表面发光型半导体激光器包括：第一反射镜、活性层及第二反射镜，从基板侧依次形成；第一导电型的第四电极；以及第二导电型的第五电极。该光元件还包括连接电极，用于连接上述第一电极和上述第五电极，以及用于连接上述第二电极和上述第五电极。
附图说明
图1示出本发明实施方式涉及的光元件的俯视图。
图2示出本发明实施方式涉及的光元件的剖面图。
图3是本发明实施方式涉及的光元件的制造工序示意图。
图4是本发明实施方式涉及的光元件的制造工序示意图。
图5是本发明实施方式涉及的光元件的制造工序示意图。
图6是本发明实施方式涉及的光元件的制造工序示意图。
图7是本发明实施方式涉及的光元件的制造工序示意图。
图8是本发明实施方式涉及的光元件的制造工序示意图。
图9是本发明实施方式涉及的光元件的制造工序示意图。
图10是本发明实施方式涉及的光元件的制造工序示意图。
具体实施方式
以下，就本发明的优选实施方式，参照附图加以说明。
1.光元件的构造
图1是表示应用了本发明的实施方式的光元件100的俯视图，图2是表示应用了本发明的实施方式的光元件100的剖面图。图2是表示图1中沿A-A线的剖面图。
如图1及图2所示，本实施方式的光元件100包括：整流元件170，其作为第一半导体元件的一个例子；表面发光型半导体激光器160，其作为第二半导体元件的一个例子；第一连接电极141和第二连接电极142，用于并联连接表面发光型半导体激光器160和整流元件170。表面发光型半导体激光器160和整流元件170形成在同一基板(半导体基板101)上。
下面，说明表面发光型半导体激光器160、整流元件170以及整体结构。
1.1表面发光型半导体激光器
表面发光型半导体激光器160包括垂直谐振器。而且，表面发光型半导体激光器160可以包括柱状的半导体淀积体(以下称为“柱状部”)162。
表面发光型半导体激光器160包括第一反射镜102、活性层103、第二反射镜104以及接触层106。作为第一反射镜可以使用例如，40对的n型Al0.9Ga0.1As层和n型Al0.15Ga0.85As层交替层压的分布布拉格反射型反射镜(DBR)。作为活性层103由GaAs势阱层和Al0.3Ga0.7As势垒层构成，该势阱层可以采用构成为3层的量子阱结构。第二反射镜104可以使用25对的p型Al0.9Ga0.1As层和p型Al0.15Ga0.85As层交替层压的分布反射型多层膜反射镜。作为接触层106可以使用例如p型GaAs层。并且，上述的各种层的组成以及层的数量并不限定于此。
第二反射镜104例如通过掺杂碳(C)，形成为p型；第一反射镜102，例如通过掺杂硅(Si)，形成为n型。因此，由p型第二反射镜104、未掺有杂质的活性层103、以及n型第一反射镜102形成PIN二极管。而且，在本实施方式中，使柱状部162的平面形状为圆形，但是也可以为任意的形状。
并且，在构成第二反射镜104的层中的接近活性层103的区域，形成有从侧面氧化AlGaAs层而得到的狭窄电流层(Currentconstricting layer)105。该狭窄电流层105可具有沿柱状部162的周边的环状。
而且，表面发光型半导体激光器160还包括p型第四电极121和n型的第五电极122。第四电极121设置在第二反射镜104之上。第四电极121形成为例如环状，其开口部作为激光发射面108发挥作用。第五电极122设置成在第一反射镜102之上，且在第二连接电极142之下环绕着柱状部162。第四电极121以及第五电极122，用于驱动表面发光型半导体激光器160。
1.2整流元件
整流元件可以由具有整流作用的例如PN结二极管或肖特基势垒二极管等的面结型二极管构成。
整流元件170包括：从半导体基板101侧依次设置的第一半导体层116、第二半导体层117、第三半导体层118、第一电极131a、第二电极131b、以及第三电极132。
如图1所示，在俯视图中，第一半导体层116呈弯曲形状(大体上呈L字形状)。
如图2所示，第二半导体层117以及第三半导体层118形成在第一半导体层116的部分区域。而且，如俯视图所示，第二半导体层117以及第三半导体层118形成在包括第一半导体层116的中央部分的区域。第一电极131a以及第二电极131b形成在第一半导体层116上的、没有形成第二半导体层117以及第三半导体层118的区域。第一电极131a形成在第一半导体层116上的一个端部，第二电极131b形成在另一个端部。第三电极132形成在第三半导体层118之上。
第一半导体层116与上述的接触层106为同样的组成。第二半导体层117可以使用例如，没有掺杂杂质的GaAs层。第三半导体层118可以使用例如，n型GaAs层。
而且，整流元件170可以包括具有与上述的第二反射镜104同样组成的第四半导体层114。即、第四半导体层114可以作为面结型二极管的一部分起作用。
而且，整流元件170形成在具有与活性层103同样组成的第五半导体层113、以及第一反射镜102的表面。这样，通过在用于形成表面发光型半导体激光器160的层的上面形成整流元件170，可以整体地形成整流元件170和表面发光型半导体激光器160。
第一电极131a和第二电极131b是具有同样功能的电极，形成在相互分开的位置上。并且，在俯视图中，第一半导体层116形成在一区域，该区域不包括连接第一电极131a和第二电极131b的虚拟线上的区域的至少一部分。即、第一半导体层116呈弯曲状，因此第一电极131a和第二电极131b形成在第一半导体层116上的相反的两侧的端部。弯曲方向与第二连接电极142的弯曲方向相同，从而可以使元件面积小型化。
并且，因为第一电极131a和第二电极131b不是形成在第一半导体层116的一直线上，所以可以分散在制造第一半导体层116的工序中由于收缩而产生的应力，从而可以防止第二连接电极142的断线。
1.3整体结构
如上所述，表面发光型半导体激光器160和整流元件170为并列连接。即、表面发光型半导体激光器160的第四电极121和整流元件170的第三电极132是通过第一连接电极141而进行电连接，表面发光型半导体激光器160的第五电极122和整流元件170的第一电极131a以及第二电极131b是通过第二连接电极142而进行电连接。
第一连接电极141从第四电极121的上表面经过第三电极132的上表面而连续地形成。第四电极121和第三电极132形成在不同的高度。并且，表面发光型半导体激光器160具有柱状部162，整流元件170具有柱状部174，因此在柱状部162和柱状部174之间形成沟槽。因此，第四电极121和第三电极132之间存在多个阶梯，从而第一连接电极141在阶梯的上方容易断线。
因此，在本实施方式涉及的光元件100中，树脂层143作为绝缘层的一例，形成在表面发光型半导体激光器160的柱状部162和整流元件170的柱状部174之间。如图2所示，上述树脂层143包括从第三电极132侧经过第四电极121侧而向下方倾斜的表面。
由此，树脂层143覆盖了第一连接电极141形成在第四电极121和第三电极132之间的阶梯，因此，第一连接电极141直接跨过多个阶梯，从而可以防止断线。
第二连接电极142从第一电极131a以及第二电极131b的上表面经过第五电极122的上表面而连续地形成。第二连接电极142和第一电极131a及第二电极131b形成在彼此不同的高度。并且，整流元件170具有柱状部174，因此，柱状部174和第五电极122之间存在阶梯。因此，第二连接电极142在此阶梯的上表面容易断线。
在此，在本实施方式涉及的光元件100中，树脂层144作为绝缘层的一例，形成在第一电极131a及第二电极131b与第五电极122之间。如图2所示，上述树脂层144具有从第一电极131a及第二电极131b侧经过第五电极122侧向下方倾斜的表面。
由此，树脂层144覆盖了第二连接电极142在第五电极122与第一电极131a及第一电极131b之间形成的阶梯，因此，通过第二连接电极142直接跨过多个阶梯，从而可以防止断线。
并且，第二连接电极142在两处与第五电极122连接。即、第二连接电极142连接着第一电极131a和第五电极122，以及连接着第二电极131b和第五电极122。由此，即使一方的连接发生断线，但由于另一方保持着电连接，因此可以提高光元件100的可靠性。
2.光元件的制造方法
利用图3至图10，说明适用本发明的实施方式的光元件100的制造方法的一例。图3至图10是光元件100的制造工序的示意图，对应于图2。
(1)首先，在由n型GaAs层构成的半导体基板101的表面上，通过改变组成并使其外延生长，从而形成如图3所示的半导体多层膜。在此，半导体多层膜由以下构成：例如，第一反射镜102a，交替层压有40对的n型Al0.9Ga0.1As层和n型Al0.15Ga0.85As层；活性层103a，由GaAs势阱层和Al0.3Ga0.7As势垒层构成，势阱层包括构成为3层的量子阱结构；第二反射镜104a，交替层压有25对的p型Al0.9Ga0.1As层和p型Al0.15Ga0.85As层；第一半导体层106a，由p型GaAs层构成；第二半导体层107a，由未掺杂杂质的GaAs层构成；以及第三半导体层108a，由n型GaAs层构成。将这样的层依次层压在半导体基板101的表面，从而形成如图3所示的半导体多层膜。
进行外延生长时的温度根据生长方法或原料、半导体基板101的种类、或要形成的半导体多层膜的种类、厚度、以及载体密度而适当决定，但是，一般优选设定为450℃至800℃。另外，与确定温度的情况相同适当确定外延生长时的所需时间。而且，作为外延生长的方法，可以采用有机金属气相成长(MOVPE：Metal-OrganicVapor Phase Epitaxy)法、MBE法(Molecular Beam Epitaxy)、或LPE法(Liquid Phase Epitaxy)。
并且，在使第二反射镜104a生长时，至少接近活性层103a的1层随后被氧化，形成作为绝缘层的层(参照图8)。
(2)其次，将第三半导体层108a及第二半导体层107a制作成规定形状的图形，从而形成第三半导体层118以及第二半导体层117(参照图4及图5)。
首先，在半导体多层膜上涂敷抗蚀剂(未图示)后，通过光刻法对该抗蚀剂进行图形制作，从而形成如图4所示的规定图形的抗蚀层R1。
接着，将抗蚀层R1作为掩膜，通过例如干刻法，蚀刻第三半导体层108a以及第二半导体层107a的一部分。之后，除去抗蚀层R1。
(3)接着，将第三半导体层118、第二半导体层117、第一半导体层106a、第二反射镜104a、活性层103a、以及第一反射镜102a的一部分制作成规定图形(参照图6以及图7)。具体地说，首先，在第一半导体层106a之上涂敷抗蚀剂(未图示)，然后通过光刻法对该抗蚀剂进行图形制作，从而形成具有第二形状的抗蚀层R2。接着，将抗蚀层R2作为掩膜，通过例如干刻法进行蚀刻。之后，除去抗蚀层R2。
由此，可以同时形成整流元件170的柱状部172和表面发光型半导体激光器160的柱状部162。
(4)其次，在例如约400℃的水蒸气环境中，通过放置由上述工序形成表面发光型半导体激光器160的柱状部162及整流元件170的柱状部172的半导体基板101，从侧面氧化在上述第二反射镜104中的A1组分含量高的层，从而，形成表面发光型半导体激光器160的电流狭窄层105(参照图8)。
(5)其次，在半导体基板101上的规定区域形成树脂层143、144(参照图9)。树脂层143、144可以由氮化硅或氧化硅等无机物构成，也可以由聚酰亚胺树脂、氟系树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂等的树脂构成。并且，树脂层可以是多层，也可以是单层。
(6)其次，形成第一电极131a、第二电极131b、第三电极132、第四电极121、以及第五电极122(参照图10)。
首先，在进行电极形成工序前，根据需要，利用等离子处理等，可以洗净各个电极形成位置。
第一电极131a和第二电极131b由相同材料形成。第四电极121和第一电极131a及第二电极131b是由p型电极材料构成，例如可以由铂(Pt)和金(Au)的层压膜构成。第五电极122以及第三电极132由n型电极材料构成，例如可以由金和锗的合金(AuGe)、镍(Ni)、金(Au)的层压膜构成。并且，电极的形成方法可以是例如利用溅射法或真空沉积法形成至少一层导电膜，之后利用举离法除去部分的导电层。而且，可以以干刻法代替举离法(lift-offmethod)。在第四电极121的开口部形成表面发光型半导体激光器160的发射面108。并且，形成电极的同时可以形成对准标记220(参照图1)。
(7)其次，形成第一连接电极141以及第二连接电极142(参照图1及图2)。
第一连接电极141以及第二连接电极142可以由例如金(Au)形成。作为电极的形成方法，可以利用与上述相同的形成方法。
这样，可以形成包括整流元件170和表面发光型半导体激光器160的光元件100。据此，即使对表面发光型半导体激光器160施加反偏电压，因电流流经整流元件170，所以对反偏电压的电压的静电击穿显著提高。由此，可以防止在安装工序等存在的静电击穿，可以提高可靠性。
并且，涉及本实施方式的光元件制造方法包括可以从上述的光元件说明中得出的内容。
3.变形例
根据本实施方式的光元件100，可以举出从上述的光元件的说明中得出的各种变形例。
3.1第一变形例
例如，如图2所示，本实施方式中的树脂层143没有延伸至接触层106及第三半导体层118的上面，但是，与该结构不同，也可以形成为一部分延伸过去。在树脂层143没有延伸至接触层106及第三半导体层118的上面时，例如树脂层143与柱状部162、172之间形成缝隙，由于电极材料进入此缝隙内从而可能产生断线。于是，树脂层143部分地延伸至接触层106以及第三半导体层118上面而形成，可以防止第一连接电极141的断线。
树脂层144与树脂层143相同，可延伸至第一半导体层116而形成，从而可以防止第二连接电极142的断线。
3.2第二变形例
在图1的俯视图中，本实施方式的柱状部174具有与第二连接电极142弯曲的方向相同的形状，但是也可以具有与第二连接电极142弯曲的方向相反的形状。
本发明不限定于上述的实施方式。例如，本发明包括与在实施方式中说明的构成实质性相同的构成(例如，作用、方法及结果相同的构成，或者目的及结果相同的构成)。并且，本发明还包括替换了本实施方式说明的结构中的非本质部分的构成。而且，本发明还包括与本实施方式说明的构成发挥相同作用效果的构成，或者，可以实现相同目的的构成。并且，本发明还包括在本实施方式所说明的构成中添加有公知技术的构成。
符号说明
100  光元件                       101  半导体基板
102  第一反射镜                   103  活性层
104  第二反射镜                   105  电流狭窄层
106  接触层                       108  发射面
116  第一半导体层                 117  第二半导体层
118  第三半导体层                 121  第四电极
122  第五电极                     131a 第一电极
131b 第二电极                     132  第三电极
141  第一连接电极                 142  第二连接电极
143、144  树脂层
160  表面发光型半导体激光器       162  柱状部
170  整流元件                     172  柱状部。

Claims (10)

1.一种包括第一半导体元件和第二半导体元件的光元件，其中，
所述第一半导体元件包括：
半导体层；
第一导电型的第一电极及第二电极，用于驱动所述第一半导体元件，形成在所述半导体层的上方的彼此分开的位置上；以及
第二导电型的第三电极，用于驱动所述第一半导体元件，
所述第二半导体元件包括：
第一导电型的第四电极，用于驱动所述第二半导体元件；
以及，
第二导电型的第五电极，用于驱动所述第二半导体元件，
所述光元件还包括连接电极，所述连接电极用于连接所述第一电极和所述第五电极，并用于连接所述第二电极和所述第五电极。
2.根据权利要求1所述的光元件，其中，
所述第一电极及所述第二电极与所述第五电极形成在不同的高度处，
所述连接电极在所述基板上，从所述第一电极的上表面连续地形成至所述第五电极的上表面，且从所述第二电极的上表面连续地形成至所述第五电极的上表面。
3.根据权利要求2所述的光元件，其还包括：
绝缘层，形成在所述第一半导体元件和所述第二半导体元件之间，
所述连接电极通过所述绝缘层的上表面，从所述第一电极的上表面连续地形成至所述第五电极的上表面，且通过所述绝缘层的上表面，从所述第二电极的上表面连续地形成至所述第五电极的上表面。
4.根据权利要求3所述的光元件，其中，
所述第一电极及所述第二电极形成在从基板侧观察高于所述第五电极的位置上，
所述绝缘层包括从所述第一电极及所述第二电极侧至所述第五电极侧的向下方倾斜的侧面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光元件，其中，
所述第一电极和所述第二电极形成于所述半导体层的上表面。
6.根据权利要求5所述的光元件，其中，
在俯视图中，所述半导体层形成在一个区域，所述区域不包括连接所述第一电极和所述第二电极的假想线上的区域的至少一部分的区域。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光元件，其中，
在俯视图中，通过所述半导体层的形成区域以外的区域，所述连接电极从第一电极的上表面连续地形成至所述第二电极的上表面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光元件，其中，
所述第二半导体元件为表面发光型半导体激光器。
9.根据权利要求8所述的光元件，其中，
所述第一半导体元件为整流元件，所述整流元件与所述表面发光型半导体激光器并联电连接。
10.一种光元件，包括表面发光型半导体激光器和与所述表面发光型半导体激光器并联电连接的整流元件，其中，
所述整流元件包括：
第二导电型的第一半导体层及第一导电型的第二半导体层，其从基板侧按顺序形成；
第一导电型的第一电极及第二电极，形成在所述第二半导体层的上方的相互分开的位置上；以及，
第二导电型的第三电极，
所述表面发光型半导体激光器包括：
第一反射镜、活性层、以及第二反射镜，它们从基板侧按顺序形成；
第一导电型的第四电极；以及，
第二导电型的第五电极，
所述光元件还包括连接电极，所述连接电极用于连接所述第一电极和所述第五电极，并用于连接所述第二电极和所述第五电极。
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