CN1943086A - 半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

半导体发光元件(LE1)，具有生成光的多层构造体LS。该多层构造体包含层叠的多个化合物半导体层(3－8)，并具有相向的第1及第2主表面(61、62)。在第1主表面上配置第1电极(21)，在第2主表面上配置第2电极(31)。在第1主表面上还以覆盖第1电极的方式形成由氧化硅构成的膜(10)。对由多层构造体生成的光呈现光学透明的玻璃板(1)，利用由氧化硅构成的膜固定在多层构造体上。

Description

半导体发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
近年来，随着CPU的驱动频率的高速化(例如，10GHz以上)，以光传输系统装置内及装置间的信号的光学互连技术受到注目。在该光学互连技术中使用半导体发光元件及称为半导体发光元件的光半导体元件。
日本专利公开平2-128481号公报、日本专利公开平10-200200号公报及日本专利公开平11-46038号公报中，公开有具有基板、及层叠在基板一侧的主表面上的多个化合物半导体层，且从基板另一侧的主表面出射光线的所谓背面出射型半导体发光元件。在这些半导体发光元件中，根据下述目的，使基板中位于发光区域下方的部分局部变薄，另外，以包围该部分的方式形成维持基板厚度的部分。其中，第1目的在于，防止依基板的光吸收的光信号劣化或消失。第2目的在于，在通过引线接合(wire bonding)或凸块接合(bump bonding)将半导体发光元件安装于外部基板上时，防止半导体发光元件受到打击或破损。
发明内容
但是，在上述半导体发光元件中，因为存在维持基板厚度的部分，因此要使半导体发光元件小型化是有限度的。尤其是在合并设置多个发光部以形成发光元件阵列的情况下，难以使发光部间的间距变小，因此不得不增大发光元件阵列的尺寸。
本发明的目的在于，提供一种具有足够的机械强度，且可小型化的半导体发光元件及其制造方法。
本发明的半导体发光元件，其具有：包括被层叠的多个化合物半导体层，且具有相向的第1及第2主表面，并生成光的多层构造体；配置在多层构造体的第1主表面上的第1电极；配置在多层构造体的第2主表面上的第2电极；以覆盖第1电极的方式形成在多层构造体的第1主表面上的由氧化硅构成的膜；及对于由多层构造体生成的光呈光学透明，并通过由氧化硅构成的膜固定在多层构造体上的玻璃基板。
即使使包含在多层构造体中的多个化合物半导体层变薄，多层构造体的机械强度仍由玻璃基板所保持。另外，如上述以往技术，不需要形成维持基板厚度的部分，可容易地使元件小型化。
因为氧化硅可熔接于玻璃基板，因此无须使用其它的粘合剂即可将多层构造体与玻璃基板接合。因此，从多层构造体出射的光，不会被粘合剂吸收而到达玻璃基板。
优选由氧化硅构成的膜，具有与玻璃基板相接触的平坦面。利用由氧化硅构成的膜来解消因第1电极引起的凹凸，因此可利用由氧化硅构成的膜容易且确实地将玻璃基板接合在多层构造体的第1主表面。
另外，多层构造体，作为多个化合物半导体层，可包含顺序层叠的第1导电型接触层、第1导电型的第1分布式布拉格反射器(DBR)层、第1导电型的第1覆盖层、活性层、第2导电型的第2覆盖层及第2导电型的第2DBR层。多层构造体也可具有，局部包含接触层、第1DBR层、第1覆盖层、活性层及第2覆盖层的多层区域；及包围该多层区域，并被绝缘化或半绝缘化的电流狭窄区域。在该情况下，可获得面发光型的半导体发光元件。
本发明的半导体发光元件还可具有，配置在多层构造体的第2主表面上的第1接垫(pad)电极及贯通多层构造体的贯通配线。第1电极包含与接触层中包含在多层区域内的部分电连接的配线电极，该配线电极还可通过贯通配线电连接于第1接垫电极。第2电极可包含与第2DBR层电连接的第2接垫电极。第1接垫电极及第2接垫电极配置在光出射面的相反侧，因此可容易进行半导体发光元件的安装。
本发明的半导体发光元件还可具有分别配置在第1接垫电极及第2接垫电极上的凸块电极。
多层构造体还可具有并列设置的多个多层区域。
本发明的半导体发光元件，还可具有设置在第2DBR层上，并覆盖多层区域的光反射膜。由光反射膜所反射的光也从玻璃基板出射，因此可提高发光输出。
玻璃基板可具有表面及背面。玻璃基板的表面可固定在由氧化硅构成的膜上。玻璃基板的背面可具有接收从多层构造体出射的光的透镜部。透镜部还可与玻璃基板的背面中最高的部分相比凹陷。
本发明的半导体发光元件的制造方法，其具有：准备半导体基板的工序；将生成光的多层构造体设置在半导体基板上的工序，多层构造体包含被层叠的多个化合物半导体层，具有相向的第1及第2主表面，并使第2主表面朝向半导体基板；在多层构造体的第1主表面上形成第1电极的工序；以覆盖第1电极的方式形成由氧化硅构成的膜的工序；准备具有表面及背面的玻璃基板，并将由氧化硅构成的膜熔接在玻璃基板的表面，而将多层构造体固定在玻璃基板上的工序；其中，玻璃基板，对于由多层构造体生成的光呈光学透明；除去半导体基板的工序；及在多层构造体的第2主表面上形成第2电极的工序。
在该方法中，在多层构造体的第1主表面上，以覆盖第1电极的方式形成由氧化硅构成的膜，在将氧化硅构成的膜熔接在玻璃基板上之后，除去半导体基板。由此，在多层构造体的第1主表面上利用由氧化硅构成的膜，可容易制造具有固定有玻璃基板的构造的半导体发光元件。
由于在除去半导体基板后仍存在玻璃基板，因此即使使包含在多层构造体中的多个化合物半导体层变薄，多层构造体的机械强度仍由玻璃基板所保持。另外，如上述以往技术，不需要形成维持基板厚度的部分，可容易地使元件小型化。而且，在将玻璃基板固定在多层构造体上之前，可利用半导体基板保持机械强度。
由于由氧化硅构成的膜可熔接在玻璃基板上，因此无须使用其它的粘合剂即可将多层构造体与玻璃基板接合。因此从多层构造体出射的光，不会被粘合剂吸收而到达玻璃基板。
本发明的方法还可具有，在形成由氧化硅构成的膜后，在将多层构造体固定在玻璃基板上之前，使由氧化硅构成的膜平坦化的工序。利用由氧化硅构成的膜来解消因第1电极产生的凹凸，因此可通过由氧化硅构成的膜容易将玻璃基板接合在多层构造体的第1主表面上。
除去半导体基板的工序，还可包含利用湿式蚀刻除去半导体基板的工序。
本发明的方法还可具有，在形成多层构造体的工序之前，在半导体基板上形成使湿式蚀刻停止的蚀刻停止层的工序；及在除去半导体基板的工序之后，利用湿式蚀刻除去蚀刻停止层的工序。形成多层构造体的工序，还包含在蚀刻停止层上形成多层构造体的工序。适宜选择可蚀刻半导体基板而不可蚀刻该蚀刻停止层的蚀刻液，以及可蚀刻该蚀刻停止层而不可蚀刻化合物半导体层的蚀刻液，可除去半导体基板，并在其后仅除去蚀刻停止层。因此，可残留多层构造体而确实且容易除去半导体基板。
多层构造体，作为多个化合物半导体层，可包含第1导电型接触层、第1导电型的第1分布式布拉格反射器(DBR)层、第1导电型的第1覆盖层、活性层、第2导电型的第2覆盖层及第2导电型的第2DBR层。形成多层构造体的工序，也可包含在半导体基板上顺序层叠第2DBR层、第2覆盖层、活性层、第1覆盖层、第1DBR层及接触层的工序。本发明的方法还可具有，在形成多层构造体的工序之后，将包围局部包含接触层、第1DBR层、第1覆盖层、活性层及第2覆盖层的多层区域，并被绝缘化或半绝缘化的电流狭窄区域形成在多层构造体中的工序。在该情况下，可获得面发光型的半导体发光元件。
形成第1电极的工序还可包含，在形成电流狭窄区域的工序后，形成与接触层中包含于多层区域内的部分电连接的配线电极的工序。形成第2电极的工序，还可包含形成与第2DBR层电连接的第2接垫电极的工序。本发明的方法还可具有，在除去半导体基板的工序之后，在多层构造体的第2主表面上形成第1接垫电极，并使该第1接垫电极与配线电极电连接的工序。第1接垫电极和第2接垫电极，配置在光出射面的相反侧，因此可容易进行半导体发光元件的安装。
使第1接垫电极与配线电极电连接的工序，还可包含形成贯通多层构造体的贯通配线，并通过该贯通配线将第1接垫电极电连接于配线电极的工序。在该情况下，可将第1接垫电极确实电连接于配线电极。
本发明的方法，还可具有在第2DBR层上形成覆盖多层区域的光反射膜的工序。在该情况下，由光反射膜所反射的光也从玻璃基板出射，因此可提高发光输出。
玻璃基板的背面可具有接受从多层构造体出射的光的透镜部。在该情况下，利用透镜部可改善出射光的方向性，获得平行光。
透镜部与玻璃基板的背面中的最高的部分相比凹陷。在该情况下，可容易将具有透镜部的玻璃基板熔接于由氧化硅构成的膜。另外，若在熔接前加工透镜部，则可减小对透镜加工方法上的限制，因此可增加透镜形状等透镜设计的自由度。
本发明通过下述详细说明及附图可获得更为深刻的理解。而且，所附图仅为例示，其并不限定本发明的范围。
附图说明
图1为显示第1实施方式的半导体发光元件的概略俯视图。
图2为沿着图1中的II-II线所作的概略剖面图。
图3为显示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图4为显示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图5为显示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图6为显示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图7为显示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图8为显示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图9为显示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图10为显示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图11为显示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图12为显示第2实施方式的半导体发光元件的概略剖面图。
图13为显示第2实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略剖面图。
图14为显示本实施方式的半导体发光元件阵列的概略剖面图。
图15为显示本实施方式的半导体发光元件阵列的概略剖面图。
图16为显示本实施方式的半导体发光元件阵列的概略俯视图。
图17为显示本实施方式的半导体发光元件阵列的概略俯视图。
图18为显示本实施方式的光学互连系统的构成的概略图。
符号说明
1   玻璃基板
1a  透镜部
3   接触层
4   第1DBR层
5   第1覆盖层
6   活性层
7   第2覆盖层
8   第2DBR层
10  膜
11b 发光区域
11a 电流狭窄区域
12  多层区域
21  第1电极
23  p侧电极
25  配线电极
27  贯通配线
29  p侧接垫电极
31  第2电极
33  n侧接垫电极
41  凸块电极
51  半导体基板
53  蚀刻停止层
61  第1主表面
62  第2主表面
71  玻璃基板表面
72  玻璃基板背面
72a 透镜部
LE1、LE2  半导体发光元件
LE3～LE6  半导体发光元件阵列
LS  多层构造体
TH  贯通孔
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式的半导体发光元件。而且，在以下的说明中，对相同要素或具有相同功能的要素，使用相同元件符号，并省略重复说明。
第1实施方式
图1为显示第1实施方式的半导体发光元件的概略俯视图。图2为沿着图1中的II-II线所作的概略剖面图。
半导体发光元件LE1具有多层构造体LS和玻璃基板1。该半导体发光元件LE1是，从玻璃基板1侧发出光的背面出射型的垂直空腔表面发射激光器(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。半导体发光元件LE1是，例如波长范围为0.85μm的近距离光通信用发光元件。
多层构造体LS包含：顺序层叠的p型(第1导电型)接触层3、p型的第1分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector：DBR)层4、p型的第1覆盖层5、活性层6、n型(第2导电型)的第2覆盖层7及n型的第2DBR层8。在该多层构造体LS上形成有被绝缘化或半绝缘化的电流狭窄区域11a。电流狭窄区域11a配置为包围局部包含接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6及第2覆盖层7的多层区域12。电流狭窄区域11a涉及从接触层3至第2覆盖层7与第2DBR层8的交界附近的范围。
多层构造体LS具有相向的第1主表面61和第2主表面62。多层构造体LS通过施加电压而生成光，并从背面(光出射面)62出射该光线。在多层构造体LS的第1及第2主表面61及62上分别形成有绝缘膜19、20。绝缘膜19、20由如SiNx所构成，且厚度为0.2μm左右。
多层构造体LS中，利用夹持活性层6的第1DBR层4及第2DBR层8构成垂直共振器。另外，多层构造体LS中，利用电流狭窄区域11a，减窄供给活性层6的电流，用以限制发光区域。也就是，在多层构造体LS中，位于电流狭窄区域11a内侧的多层区域12中，主要由第1DBR层4及第2DBR层8所夹持的第1覆盖层5、活性层6及第2覆盖层7，发挥发光区域11b的功能。
在多层构造体LS的第1主表面61上配置有第1电极21。第1电极21包含p侧电极(正极)23及配线电极25。p侧电极23通过形成于绝缘膜19的接触孔19a，电连接于接触层3中位于电流狭窄区域11a内侧的区域。p侧电极23由Cr/Au的层叠体所构成，其厚度为1.0μm左右。而且，p侧电极23配置为不会遮蔽来自发光区域11b的光线。配线电极25以电连接于p侧电极23的方式配置在绝缘膜19上。配线电极25由Ti/Pt/Au的层叠体所构成，其厚度为1.5μm左右。
在多层构造体LS上形成有从第1主表面61贯通第2主表面62的孔TH。在划分贯通孔TH的多层构造体LS的壁面上也形成有绝缘膜20。在贯通孔TH内，在绝缘膜20的内侧设有贯通配线27。贯通配线27的一端部27a通过形成在绝缘膜20上的接触孔20a，电连接于配线电极25。
在多层构造体LS的第2主表面62上配置有p侧接垫电极29(第1接垫电极)及第2电极31。p侧接垫电极29由Ti/Pt/Au的层叠体所构成，其厚度为2μm左右。p侧接垫电极29形成为覆盖贯通配线27，且电连接于贯通配线27中位于端部27a的相反侧的端部27b。在p侧接垫电极29上配置有凸块电极41。正极侧的电极的引出，由接触层3、p侧电极23、配线电极25、贯通配线27、p侧接垫电极29及凸块电极41来实现。
第2电极31包含n侧接垫电极33(第2接垫电极)。该n侧接垫电极33通过形成在绝缘膜20上的接触孔20b电连接于第2DBR层8。因此，负极侧的电极的引出，由n侧接垫电极33及凸块电极41来实现。n侧接垫电极33由Ti/Pt/Au的层叠体所构成，其厚度为2μm左右。在n侧接垫电极33上，与p侧接垫电极29相同，配置有凸块电极41。
n侧接垫电极33的一部分覆盖位于电流狭窄区域11a内侧的多层区域12及包含在该多层区域12内的发光区域11b，该部分可用作为光反射膜。而且，还可与n侧接垫电极33分开设置光反射膜。
在多层构造体LS的第1主表面61上，以覆盖第1电极21(p侧电极23及配线电极25)的方式形成有膜10。膜10由氧化硅(SiO2)所构成，且对由发光区域11b所生成的光呈光学透明。膜10中多层构造体LS的相反侧的面10a被平坦化处理。膜10的厚度为3～10μm左右。
玻璃基板1接触并贴合在膜10的面10a上。玻璃基板1的厚度为0.3mm左右，且对出射光呈光学透明。
接触层3为化合物半导体层，例如由载体浓度为1×1019/cm3的GaAs构成。接触层3的厚度为0.2μm左右。而且，接触层3还发挥缓冲层的功能。
第1DBR层4是，具有交错层叠不同组成的多个化合物半导体层的构造的镜层。在本实施方式中，第1DBR层4在未掺杂的AlAs层上通过交错层叠各20层的载体浓度为1×1018/cm3的AlGaAs(Al组成为0.9)层及载体浓度为1×1018/cm3的AlGaAs(Al组成为0.2)层所构成。AlAs层的厚度为0.1μm左右。各AlGaAs(Al组成为0.9)层的厚度为0.04μm左右，各AlGaAs(Al组成为0.2)层的厚度为0.02μm左右。
第1覆盖层5为化合物半导体层，例如由载体浓度为1×1018/cm3的AlGaAs构成。第1覆盖层5的厚度为0.1μm左右。
活性层6具有交错层叠不同化合物半导体层的构造的多重量子井(MQW：Multiple Quantum Well)活性层。在本实施方式中，活性层6通过交错层叠各3层的AlGaAs层及GaAs层所构成。各AlGaAs层的厚度为0.1μm左右，各GaAs层的厚度为0.05μm左右。
第2覆盖层7是化合物半导体层，例如由载体浓度为1×1018/cm3的AlGaAs构成。第2覆盖层7的厚度为0.1μm左右。
第2DBR层8与第1DBR层4相同，具有交错层叠不同组成的多个化合物半导体层的构造的镜层。在本实施方式中，第2DBR层8通过交错层叠各30层的载体浓度为1×1018/cm3的AlGaAs(Al组成为0.9)层及载体浓度为1×1018/cm3的AlGaAs(Al组成为0.2)层，且在其上沉积未掺杂的GaAs层所构成。各AlGaAs(Al组成为0.9)层的厚度为0.04μm左右，各AlGaAs(Al组成为0.2)层的厚度为0.02μm左右。GaAs层发挥缓冲层的功能，其厚度为0.01μm左右。
当利用二个凸块电极41在n侧接垫电极33与p侧接垫电极29之间施加充分的电压，使电流流过发光元件LE1时，则可在发光区域11b生成光。
以下，参照图3～图11说明半导体发光元件LE1的制造方法。图3～图11是用于说明该制造方法的图，显示半导体发光元件LE1的纵剖面。在本制造方法中按照以下的工序(1)～(9)依次执行。
工序(1)
首先，准备半导体基板51。半导体基板51例如其厚度为300～500μm，且由载体浓度为1×1018/cm3的n型GaAs构成。在半导体基板51的一侧主表面81上，利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)法或分子束外延(MBE)法等，依次生长并沉积蚀刻停止层53、n型第2DBR层8、n型第2覆盖层7、活性层6、p型第1覆盖层5、p型第1DBR层4及p型接触层3(参照图3)。
蚀刻停止层53由未掺杂的AlGaAs(Al组成为0.5)层所构成，其厚度为1.0μm左右。蚀刻停止层53形成为位于半导体基板51与第2DBR层8之间。蚀刻停止层53的Al组成比优选为0.4以上。这是因为Al组成比为0.4以上的AlGaAs，不易被蚀刻后述的GaAs时所使用的蚀刻液所蚀刻的缘故。
通过工序(1)，在半导体基板51的表面81上形成多层构造体LS及蚀刻停止层53。
工序(2)
其次，在接触层3(多层构造体LS)上形成光刻胶膜(resist film)55。光刻胶膜55以在对应电流狭窄区域11a的二维位置具有开口的方式进行图案加工。光刻胶膜55可使用光刻法(photolithography)来形成。其后使用进行图案加工后的光刻胶膜55作为掩膜，利用离子植入装置将质子(H+)打入多层构造体LS。质子被打入第2覆盖层7与第2DBR层8的交界附近。使打入质子的区域半绝缘化，其结果形成有电流狭窄区域11a(参照图4)。而且，也可取代质子而使用氧离子(O2-)或铁离子(Fe3+)。其后除去光刻胶膜55。
工序(3)
其次，利用等离子化学气相沉积(Plasma Chemical VaporDeposition：PCVD)法，在接触层3(多层构造体LS)表面上形成由SiNx构成的绝缘膜19。接着，在绝缘膜19上形成在对应p侧电极23的位置具有开口的光刻胶膜(未图示)。使用该光刻胶膜作为掩膜，通过使用缓冲氢氟酸(BHF)除去一部分绝缘膜19，形成接触孔19a(参照图5)。然后除去光刻胶膜。
接着，在绝缘膜19上再度形成在与接触孔19a对应的二维位置上具有开口的光刻胶膜(未图示)。在因形成接触孔19a而曝露的接触层3上，利用将该光刻胶膜用作掩膜的沉积与分离法，形成由Cr/Au层叠体所构成的p侧电极23(参照图5)。接着除去光刻胶膜。
工序(4)
其次，形成在与配线电极25对应的二维位置上具有开口的光刻胶膜(未图示)。使用该光刻胶膜作为掩膜，利用分离法形成由Ti/Pt/Au所构成的配线电极25(参照图6)。接着除去光刻胶膜。其后在氢气环境中进行烧结。
工序(5)
其次，以覆盖第1电极21(p侧电极23及配线电极25)的方式在多层构造体LS上的第1主表面61上形成膜10并进行平坦化(参照图7)。在此，膜10中位于多层构造体LS的相反侧的面10a，作为包含多层构造体LS及半导体基板51的构造体表面而被进行平坦化处理。膜10可使用PCVD法或涂敷法来形成。而且，在此所称「平坦」并不一定意味完全不存在凹凸。若在后述的工序(6)中利用膜10使玻璃基板1与半导体基板51重叠，通过对两者进行加压及加热，在玻璃基板1表面与膜10的面10a相互接处的状态下使玻璃基板1与膜10熔接，也可略微存在凹凸。
工序(6)
其次，将玻璃基板1接合在形成有多层构造体LS、蚀刻停止层53及膜10的半导体基板51上(参照图8)。首先，准备玻璃基板1，并清洁该玻璃基板1的一侧的主表面71。其次，以玻璃基板1的被清洁的表面71与膜10的面10a接触的方式，使玻璃基板1与半导体基板51重叠。接着，对重叠的玻璃基板1与半导体基板51进行加压和加热，以使玻璃基板1与膜10相互熔接并贴合。
具体而言，优选为，施加在重叠的玻璃基板1与半导体基板51的压力约为98kPa，且加热温度为500～700℃。半导体基板51上的最上膜10由氧化硅所成，因此在这种条件下通过进行加压及加热，将膜10的面10a熔接于玻璃基板1的表面71，将多层构造体LS及半导体基板51固定在玻璃基板1上。
而且，在实施该贴合工序时，不仅仅是玻璃基板1的表面71，也优选膜10的面10a是清洁的。因此，例如，可对在从形成膜10的PCVD装置取出半导体基板51后立即进行熔接作业等下功夫。
另外，使用的玻璃基板优选具有接近GaAs的热膨胀系数的热膨胀系数。由此，在加热后的冷却工序中，可尽量降低因热膨胀系数的差而在半导体基板51与玻璃基板1之间产生的应力，可将因应力引起的接合强度的降低及结晶缺陷的产生，限制在最小限度。
工序(7)
然后，除去半导体基板51。在将多层构造体LS及半导体基板51固定在玻璃基板1上后，位于半导体基板51中玻璃基板1的相反侧的主表面、即背面82曝露在外。在该工序中，从半导体基板51的背面82侧进行蚀刻，除去半导体基板51及蚀刻停止层53(参照图9)。
具体而言，首先，对蚀刻停止层53使用蚀刻速度慢的蚀刻液，除去半导体基板51。接着，可蚀刻处理该蚀刻停止层53，使用对第2DBR层8的GaAs层蚀刻速度慢的蚀刻液，除去蚀刻停止层53。由此，可获得搭载有多层构造体LS的玻璃基板1。
作为使用的蚀刻液，优选为氨水(NH4OH)与过氧化氢水(H2O2)的混合溶液(NH4OH水∶H2O2水＝1∶5)及盐酸(HCl)。首先，将被贴合的玻璃基板1与半导体基板51浸泡在NH4OH水与H2O2水的混合溶液中。由此，半导体基板51从背面侧开始不断被蚀刻。随着该蚀刻的进行，当半导体基板51被除去后，则在蚀刻液中曝露出蚀刻停止层53。因为蚀刻停止层53(Al0.5Ga0.5As)对该蚀刻液的耐蚀刻性高，因此其蚀刻速度非常缓慢。因此在曝露出蚀刻停止层53时，蚀刻自动停止。如此，首先除去半导体基板51。
接着，从NH4OH水与H2O2水的混合溶液中取出残留有蚀刻停止层53及多层构造体LS等的玻璃基板1，在进行水洗及干燥后，浸泡于盐酸(HCl)液中。为加速蚀刻速度，优选预先将HCl液加热为50℃。GaAs几乎未被HCl蚀刻，因此本次仅仅对该蚀刻停止层53进行了蚀刻，在曝露出第2DBR层8的GaAs层时，蚀刻自动停止。如此，除去蚀刻停止层53。而且，也可取代蚀刻，而通过化学机械研磨(CMP)除去半导体基板51及蚀刻停止层53。
工序(8)
其次，在第2DBR层8(多层构造体LS)上形成光刻胶膜(未图示)。该光刻胶膜在形成贯通孔TH的预定的二维位置上具有开口。使用该光刻胶膜作为掩膜，蚀刻(湿式蚀刻)多层构造体LS及绝缘膜19，直到曝露配线电极25为止。由此，形成贯通孔TH(参照图10)。所使用的蚀刻液优选为过氧化氢水及盐酸(HCl)。接着，除去光刻胶膜。
其次，利用PCVD法在第2DBR层8(多层构造体LS)的表面上形成由SiNx构成的绝缘膜20(同样参照图10)。由此，在划分贯通孔TH的多层构造体LS的壁面上也形成绝缘膜20。
工序(9)
其次，在绝缘膜20上形成在对应贯通配线27及n侧接垫电极33的二维位置分别具有开口的光刻胶膜(未图示)。使用该光刻胶膜作为掩膜，通过BHF除去绝缘膜20，在绝缘膜20形成接触孔20a及20b(参照图11)。接着除去光刻胶膜。
其次，形成在对应p侧接垫电极29(贯通配线27)及n侧接垫电极33的二维位置上具有开口的光刻胶膜(未图示)。使用该光刻胶膜作为掩膜，利用分离法形成由Ti/Pt/Au构成的p侧接垫电极29、贯通配线27及n侧接垫电极33(同样参照图11)。此时，n侧接垫电极33形成为覆盖发光区域11b。在此，将p侧接垫电极29及贯通配线27形成为一体。接着除去光刻胶膜。其后在氢气环境中进行烧结。而且，虽然将p侧接垫电极29和贯通配线27形成为一体，但不限于此，也可分开形成。
通过这些工序(1)～(9)，完成图1及图2所示构造的半导体发光元件LE1。
而且，可利用电镀法、焊锡球搭载法或印刷法锡焊将凸块电极41形成在p侧接垫电极29及n侧接垫电极33上，并进行反流(reflow)处理(平坦化处理)而获得。另外，凸块电极41不限于焊锡，也可为金凸块、镍凸块、铜凸块，也可为包含导电性填料等的金属的导电性树脂凸块。
在本实施方式中，即使使接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7及第2DBR层8变薄，多层构造体LS(被层叠的接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7及第2DBR层8)的机械强度仍由玻璃基板1所保持。另外，如上述以往技术，不需要形成维持基板厚度的部分，可容易使半导体发光元件LE1小型化。
多层构造体LS通过膜10固定在玻璃基板1上，因此无须使用其它的粘合剂即可将玻璃基板1接合在多层构造体LS上。构成膜10的氧化硅与玻璃基板1相同，对由多层构造体LS生成的光呈光学透明。因此，从多层构造体LS出射的光，不会被粘合剂吸收而可到达玻璃基板1。其结果可防止发光输出的降低。
膜10在多层构造体LS的第1主表面61上形成为覆盖第1电极部21(p侧电极23及配线电极25)，位于多层构造体LS的相反侧的面10a，被平坦化处理。因此，配置在多层构造体LS的第1主表面61上的第1电极21所形成的凹凸，由膜10进行消除。其结果可通过膜10容易且确实地将玻璃基板1接合在多层构造体LS的第1主表面61上。
第1电极21包含配线电极25，第2电极31包含n侧接垫电极33，配线电极25通过贯通多层构造体LS的贯通配线27，电连接于配置在多层构造体LS的第2主表面62上的p侧接垫电极29。由此，使得p侧接垫电极29及n侧接垫电极33配置于光出射面的相反侧，而使得半导体发光元件LE1的安装变得容易。
n侧接垫电极33(光反射膜)形成为覆盖发光区域11b，因此使得由n侧接垫电极33反射的光，也从玻璃基板1出射。由此可提高发光输出。
另外，在本实施方式的制造方法中，在多层构造体LS的第1主表面61上，以覆盖第1电极21的方式形成膜10，在将玻璃基板1贴合于膜10后，除去半导体基板51。由此，可容易制造通过膜10将玻璃基板1固定在多层构造体LS上的半导体发光元件LE1。
在除去半导体基板51后仍残留玻璃基板1，因此在其后的制造工序中，多层构造体LS的机械强度仍由玻璃基板1所保持。而且，在接合玻璃基板1之前，可通过半导体基板51保持多层构造体LS的机械强度。
本实施方式的制造方法，具有在形成多层构造体LS(被层叠的接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7及第2DBR层8)前，以位于半导体基板51与多层构造体LS之间的方式形成蚀刻停止层53的工序；及在除去半导体基板51后，利用湿式蚀刻除去蚀刻停止层53的工序。因此，通过适宜地选择可蚀刻半导体基板51而不可蚀刻该蚀刻停止层53的蚀刻液，以及可蚀刻该蚀刻停止层53而不可蚀刻多层构造体LS的蚀刻液，可除去半导体基板51，而在其后仅除去蚀刻停止层53。因此可残留多层构造体LS而确实且容易除去半导体基板51。
第2实施方式
图12为显示第2实施方式的半导体发光元件的构成的概略剖面图。该半导体发光元件LE2，在玻璃基板1上形成透镜部72a这一点上，与第1实施方式的半导体发光元件LE1不同。
半导体发光元件LE2具有多层构造体LS和玻璃基板1。该半导体发光元件LE2是从玻璃基板1侧发出光的背面出射型的VCSEL。半导体发光元件LE2为，例如波长范围为0.85μm的近距离光通信用发光元件。
在玻璃基板1的背面72形成有接收从多层构造体LS出射的光线的透镜部72a。背面72中的其它部分72b，与透镜部72a相比较高。即，该透镜部72a较背面72中最高的部分72b凹陷。
下面，参照图13说明半导体发光元件LE2的制造方法。图13是说明该制造方法用的图，显示半导体发光元件的纵剖面。
在本制造方法中依次执行以下的工序(1)～(9)。工序(1)～(5)与第1实施方式的工序(1)～(5)相同，故而省略说明。
工序(6)
然后，将玻璃基板1接合在形成有多层构造体LS、蚀刻停止层53及膜10的半导体基板51上(参照图13)。接合方法与第1实施方式的工序(6)相同。具体而言，准备在背面72上形成有透镜部72a的玻璃基板1，并清洁该玻璃基板1的表面71。其次，以使清洁后的表面71与半导体基板51上的膜10中距多层构造体LS较远侧的面10a接触的方式，使玻璃基板1与半导体基板51重叠。接着，对重叠的玻璃基板1与半导体基板51进行加压及加热，以使玻璃基板1与膜10相互熔接并贴合。该接合方法的详细内容与第1实施方式的工序(6)相同。
半导体基板51上的发光区域11b与玻璃基板1上的透镜部72a的定位，是在玻璃基板1的背面侧添加标记，使用两面曝光机，以添加的标记为基准即可容易进行。而且，也可取代添加标记，而改为以透镜部72a的外形作为标记。
工序(7)～(9)与第1实施方式的工序(7)～(9)相同，故而省略说明。利用这些工序(1)～(9)即可完成图12所示构造的半导体发光元件LE2。
在本实施方式中，与上述第1实施方式相同，多层构造体LS(被层叠的接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7及第2DBR层8)的机械强度由玻璃基板1保持，同时，可容易地使半导体发光元件LE2小型化。
而且，在本实施方式中，在玻璃基板1上设置有透镜部72a。由此可改善出射光的方向性、或可形成平行光。
透镜部72a形成为，与玻璃基板1的背面72中的最高部分72b相比凹陷。因此可容易地将形成有透镜部72a的玻璃基板1接合在多层构造体LS上。另外，由于可在接合前加工透镜部72a，因此在加工方法上不会受到限制，且透镜形状等透镜设计的自由度高。
而且，也可在将玻璃基板1接合在搭载有多层构造体LS、蚀刻停止层53及膜10的半导体基板51上之后，形成透镜部72a。但是若考虑到透镜设计的自由度，优选将预先形成有透镜部72a的玻璃基板1接合在半导体基板51上。
下面，参照图14～图17说明本实施方式的变化例。这些变化例是并列设置多个含有发光区域11b的多层区域12的半导体发光元件阵列LE3～LE6。这些发光元件阵列LE3～LE6是所谓背面出射型。
发光元件阵列LE3～LE6，分别如图14～图17所示，以一维或二维对多个多层区域12进行排列。在发光元件阵列LE3～LE6中，n侧接垫电极33彼此相互电连接。
在发光元件阵列LE3～LE6中，与上述第1及第2实施方式相同，多层构造体LS(被层叠的接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7及第2DBR层8)的机械强度由玻璃基板1所保持。另外，可使发光区域11b间的间距变小，因此可容易使发光元件阵列LE3～LE6小型化。
下面，参照第18图，说明使用上述半导体发光元件(或半导体发光元件阵列)的光学互连(optical interconnection system)系统。图18为显示光学互连系统的构成的概略图。
光学互连系统101是在多个模块(例如，CPU、集成电路芯片及内存)M1及M2间传输光信号用的系统，包含半导体发光元件LE1、驱动电路103、光导波路基板105、半导体受光元件107及放大电路109等。可在半导体受光元件107中使用背面入射型的受光元件。模块M1通过凸块电极电连接于驱动电路103。驱动电路103通过凸块电极41电连接于半导体发光元件LE1。半导体受光元件107通过凸块电极电连接于放大电路109。放大电路109通过凸块电极电连接于模块M2。
从模块M1输出的电信号传输给驱动电路103，并利用半导体发光元件LE1转换为光信号。来自半导体发光元件LE1的光信号，通过光导波路基板105上的光导波路105a入射至半导体受光元件107。光信号利用半导体受光元件107转换为电信号，传输给放大电路109并被放大。将放大后的电信号传输给模块M2。如此，从模块M1输出的电信号被传输给模块M2。
而且，也可取代半导体发光元件LE1，而使用半导体发光元件LE2或半导体发光元件阵列LE3～LE6。在使用半导体发光元件阵列LE3～LE6的情况下，驱动电路103、光导波路基板105、半导体受光元件107及放大电路109也被排列成为阵列状。
本发明不限于上述实施方式。例如，接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7及第2DBR层8等的厚度、材料等，不限于上述构成。另外，多层构造体LS的构成也不限于上述实施方式，只要是包含被层叠的多个化合物半导体层的都可以。
从上述发明可知，可以各种方法对本发明的实施方式加以变化。这些变化不超出本发明的范围，且对本技术领域工作人员而言，是显而易见的，因此，这些变化应全部包含在权利要求书的范围之内。
产业上的可利用性
本发明提供一种具有足够的机械强度，且可小型化的半导体发光元件及其制造方法。

Claims (19)

1.一种半导体发光元件，其特征在于，具有：
包括被层叠的多个化合物半导体层，具有相向的第1及第2主表面，并生成光的多层构造体；
配置在所述多层构造体的所述第1主表面上的第1电极；
配置在所述多层构造体的所述第2主表面上的第2电极；
以覆盖所述第1电极的方式形成在所述多层构造体的所述第1主表面上的、由氧化硅构成的膜；及
对于由所述多层构造体生成的所述光呈光学透明，并通过所述由氧化硅构成的膜固定在所述多层构造体上的玻璃基板。
2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述由氧化硅构成的膜具有与所述玻璃基板接触的平坦面。
3.如权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述多层构造体，作为所述多个化合物半导体层，包含顺序层叠的第1导电型接触层、所述第1导电型的第1分布式布拉格反射器(DBR)层、所述第1导电型的第1覆盖层、活性层、第2导电型的第2覆盖层及所述第2导电型的第2DBR层；
所述多层构造体具有，局部包含所述接触层、所述第1DBR层、所述第1覆盖层、所述活性层及所述第2覆盖层的多层区域，和包围该多层区域，并被绝缘化或半绝缘化的电流狭窄区域。
4.如权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于，
还具有：配置在所述多层构造体的所述第2主表面上的第1接垫电极；及
贯通所述多层构造体的贯通配线；
所述第1电极，包含与所述接触层中包含在所述多层区域内的部分电连接的配线电极，该配线电极通过所述贯通配线电连接于所述第1接垫电极；
所述第2电极包含与所述第2DBR层电连接的第2接垫电极。
5.如权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于：
还具有分别配置在所述第1接垫电极和所述第2接垫电极上的凸块电极。
6.如权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述多层构造体具有并列设置的多个所述多层区域。
7.如权利要求3～6中任何一项所述的半导体发光元件，其特征在于：
还具有设置在第2DBR层上，并覆盖所述多层区域的光反射膜。
8.如权利要求1～7中任何一项所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述玻璃基板，具有表面及背面，所述玻璃基板的所述表面固定在所述由氧化硅构成的膜上；
所述玻璃基板的所述背面具有接受从所述多层构造体出射的光的透镜部。
9.如权利要求8所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述透镜部与所述玻璃基板的所述背面中的最高的部分相比凹陷。
10.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，具有：
准备半导体基板的工序；
将生成光的多层构造体设置在所述半导体基板上的工序；其中，所述多层构造体，包括被层叠的多个化合物半导体层，具有相向的第1及第2主表面，并使所述第2主表面朝向半导体基板；
在所述多层构造体的所述第1主表面上形成第1电极的工序；
以覆盖所述第1电极的方式形成由氧化硅构成的膜的工序；
准备具有表面及背面的玻璃基板，并将所述由氧化硅构成的膜熔接在所述玻璃基板的所述表面，而将所述多层构造体固定在所述玻璃基板上的工序；其中，所述玻璃基板，对于由所述多层构造体生成的所述光呈光学透明；
除去所述半导体基板的工序；及
在所述多层构造体的所述第2主表面上形成第2电极的工序。
11.如权利要求10所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
还具有在形成所述由氧化硅构成的膜后，在将所述多层构造体固定于所述玻璃基板之前，使所述由氧化硅构成的膜平坦化的工序。
12.如权利要求10或11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
除去所述半导体基板的所述工序，包括利用湿式蚀刻除去所述半导体基板的工序。
13.如权利要求12所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
还具有：
在形成所述多层构造体的所述工序之前，在所述半导体基板上形成使上述湿式蚀刻停止的蚀刻停止层的工序；及
在除去所述半导体基板的所述工序之后，利用湿式蚀刻除去所述蚀刻停止层的工序；
形成所述多层构造体的所述工序，包含在所述蚀刻停止层上形成所述多层构造体的工序。
14.如权利要求10～13中任何一项所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
所述多层构造体，作为所述多个化合物半导体层，包含第1导电型接触层、所述第1导电型的第1分布式布拉格反射器(DBR)层、所述第1导电型的第1覆盖层、活性层、第2导电型的第2覆盖层及所述第2导电型的第2DBR层；
形成所述多层构造体的所述工序，包含在所述半导体基板上顺序层叠所述第2DBR层、所述第2覆盖层、所述活性层、所述第1覆盖层、所述第1DBR层及所述接触层的工序；
在形成所述多层构造体的工序之后，还包括，将包围局部包含所述接触层、所述第1DBR层、所述第1覆盖层、所述活性层及所述第2覆盖层的多层区域，并将被绝缘化或半绝缘化的电流狭窄区域形成在所述多层构造体中的工序。
15.如权利要求14所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
形成所述第1电极的工序包含，在形成所述电流狭窄区域的所述工序之后，形成与所述接触层中包含在所述多层区域内的部分电连接的配线电极的工序；
形成所述第2电极的所述工序包含，形成与所述第2DBR层电连接的第2接垫电极的工序；
在除去所述半导体基板的工序之后，还包括，在所述多层构造体的所述第2主表面上形成第1接垫电极，并使该第1接垫电极与所述配线电极电连接的工序。
16.如权利要求15所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
使所述第1接垫电极与所述配线电极电连接的所述工序包含，形成贯通所述多层构造体的贯通配线，并通过该贯通配线将所述第1接垫电极电连接于所述配线电极的工序。
17.如权利要求14～17中任何一项所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
还具有，在所述第2DBR层上形成覆盖所述多层区域的光反射膜的工序。
18.如权利要求10～17中任何一项所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
所述玻璃基板的所述背面具有接受从所述多层构造体出射的光的透镜部。
19.如权利要求18所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
所述透镜部与所述玻璃基板的所述背面中的最高的部分相比凹陷。
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