JP2002164622A - 半導体光素子 - Google Patents

半導体光素子

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JP2002164622A JP2000356423A JP2000356423A JP2002164622A JP 2002164622 A JP2002164622 A JP 2002164622A JP 2000356423 A JP2000356423 A JP 2000356423A JP 2000356423 A JP2000356423 A JP 2000356423A JP 2002164622 A JP2002164622 A JP 2002164622A
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mesa
semiconductor optical
optical device
groove
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Takayuki Matsuyama
山 隆 之 松
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Toshiba Development and Engineering Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メサ部の周囲に設けられた溝を埋め込んでそ
の表面を確実且つ容易に平坦化することができる半導体
光素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体基体上に凹部を設けることにより
活性領域を有するメサ部が形成されてなる半導体光素子
であって、前記凹部がベンゾシクロブテンを主成分とす
る埋め込み樹脂により充填されたことを特徴とする。こ
のようにすれば、凹部の平坦性改善、低誘電率、低吸水
性などが達成され、高性能、高信頼性を有する半導体光
素子を提供することができる。逆メサに対して特に顕著
な効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光素子に関
し、特に、発光、受光または光変調機能を有するメサ部
の周囲がＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂により埋め
込まれてなる光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光素子、受光素子及び光変調素子など
の光素子においてメサ部を設け、このメサ部の中に発光
機能、受光機能あるいは光変調機能を設けた半導体光素
子がある。メサ部の形状は、その構造や用途に応じて、
例えば、略ストライプの「リッジ」状に形成したり、あ
るいは略円形としたり、その他の各種の形状とするがで
きる。また、その断面形状も、いわゆる「順メサ」の場
合もあり「逆メサ」の場合もある。
【０００３】以下、このようなメサ部を有する半導体光
素子の一例として、リッジ型半導体レーザを例に挙げて
その概略構成及び問題点について説明する。なお、以下
に説明する問題点は、発光ダイオードなどの発光素子の
他、受光素子や光変調素子においても同様に存在する。
【０００４】リッジ型半導体レーザ素子はその構造上、
寄生容量を小さくすることができるため、高速変調が可
能であり、大容量光通信システムのキーデバイスとして
の応用が期待されている。この中でも、特に、リッジ導
波型半導体レーザ（ＲＷＧ−ＬＤ）は、高速、高出力動
作に適した構造とされている。
【０００５】図１０は、従来のファブリーペロー型ＲＷ
Ｇ−ＬＤの構造を表す概念図である。すなわち、同図
は、レーザの共振方向に対して垂直方向の断面構造を表
す。
【０００６】この構造の特徴点のひとつは、リッジ１６
１を規定するための溝Ｇがポリイミド樹脂１５９により
埋め込まれている点にある。このレーザの構成を製造手
順に従って説明すると以下の如くである。
【０００７】まず、ｎ型ＩｎＰ基板１５１上に、ｎ型Ｉ
ｎＰクラッド層１５２（厚さ２μｍ、Ｓドープ、１×１
０１８ｃｍ−３）、１．３μｍ組成ＭＱＷ活性層１５
３、ｐ型ＩｎＰクラッド層１５４（厚さ２μｍ、Ｚｎド
ープ、キャリア濃度１×１０１ ８ｃｍ−３）、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層１５５（厚さ０．３μｍ、Ｚｎド
ープ、キャリア濃度８×１０１８ｃｍ−３）を順次ＭＯ
ＣＶＤ（metal-organicchemcal vapor deposition）法
により結晶成長する。
【０００８】次に、ＳｉＯ２膜１５６をウェーハ全面に
形成後、フォトリソグラフィー技術によって、ウェーハ
上に幅５μｍの２本のストライプ状窓を形成し、ストラ
イプ状にＳｉＯ２膜１５６をエッチング除去する。次
に、硫酸系エッチャント、臭化水素系エッチャントによ
り、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５５、ｐ型ＩｎＰ
クラッド層１５４を順次エッチング除去する。この時、
エッチングは１．３μｍ組成ＭＱＷ活性層１５３直上で
停止し、溝Ｇにより規定された逆メサ状のリッジ１６１
が形成される。
【０００９】次に、ウェーハ全面にＳｉＯ２膜１５６を
形成後、ポリイミド樹脂１５９を塗布し、３５０℃でキ
ュア後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、リ
ッジ頭出しを行う。この操作により、ポリイミド樹脂１
５９をリッジ脇の溝に埋め込むことが出来る。次に、リ
ッジ１６１上に幅３μｍのストライプ状窓を形成する。
次に、ウェーハ全面にｐ型電極ＡｕＺｎ１５８を蒸着し
た後、リフトオフ法によって、窓の部分にストライプ状
にＡｕＺｎを加工する。レジストを除去し、４５０℃で
シンターした後、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極からなるボンデ
ィングパッド１５７を蒸着法とリフトオフ法によって形
成しする。
【００１０】次に、ｎ型ＩｎＰ基板１５１を厚さ１００
μｍまで研磨し、ウェーハ裏面にｎ電極ＡｕＧｅ／Ｎｉ
／Ａｕ１６０を蒸着した後、シンターする。ウェーハを
共振器長３００μｍ、チップ幅３００μｍの大きさに切
り出し、リッジ導波型半導体レーザ（ＲＷＧ−ＬＤ）素
子が完成する。
【００１１】このようにして形成されるＲＷＧ−ＬＤ素
子は、結晶成長工程が１回ないし２回で済むため、コス
ト低減効果、量産効果が大きい。また、電流阻止層とし
て機能する「埋め込み層」が不要なため、埋め込み層で
の電流リークや逆接合ブレークダウンが生じない。よっ
て、高出力動作に適している。また、寄生容量が小さ
く、高速動作にも適している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＲＷＧ−ＬＤ
は上述したようなすぐれた長所を持つ反面、製造プロセ
スが複雑であるという問題がある。すなわち、図１０に
関して前述したように、従来のＲＷＧ−ＬＤは、ポリイ
ミド樹脂１５９をキュアした後、ｐ側電極１５８の形成
工程において高い温度でシンターするために、ポリイミ
ド樹脂１５９に変形が生ずる場合がある。樹脂１５９が
変形すると、半導体で構成されたリッジ部に負荷がかか
り、特に活性層近傍のリッジの角部分には大きな応力が
生じ、素子の信頼性などが劣化するという問題が生ずる
場合がある。
【００１３】図１１は、従来のＲＷＧ−ＬＤ素子の信頼
性試験の結果を表すグラフ図である。すなわち、同図
は、１００℃、２００ｍＡ一定の駆動条件でハードバー
イン試験を行った場合のしきい値の変化率ΔＩｔｈを表
す。同図から分かるように、５０時間（ｈ）後のしきい
値電流の変化率ΔＩｔｈは、平均４０％程度と大きく、
その後も劣化する傾向があった。
【００１４】一方、従来のＲＷＧ−ＬＤは、溝部への樹
脂埋め込み工程にも問題があった。図１２は、樹脂１５
９の埋め込み工程を表す工程断面図であり、特にリッジ
横の溝部分を拡大した図である。同図に従ってその工程
を説明すると、まず、図１２（ａ）に表したように、幅
５μｍ、深さ３μｍの溝Ｇを形成した基板ＳにＳｉＯ２
膜１５６を形成した後、ポリイミド樹脂１５９を塗布す
る。
【００１５】次に、図１２（ｂ）に表したように、溝部
のみにポリイミド樹脂が残るように、ＲＩＥ（reactive
ion etching）でポリイミド樹脂をエッチングし、リッ
ジ部分の頭出しを行った後、３５０℃でキュアを行う。
この時、溝部へ埋め込まれた樹脂１５９の表面で、溝部
中央において凹部１５９Ｃが形成されることが多い。
【００１６】また、ウェーハ内で場所によって「むら」
すなわち不均一が生じるため、ある場所では図１２
（ｃ）のように、溝の側壁において段差Ｔが形成される
ことがある。このような段差部では、その後に電極１５
７を形成する際に、図１２（ｅ）に表したように、断線
が生ずることがあった。なお、図１２（ｄ）は正常に電
極配線ができた場合を例示する。
【００１７】このように、従来のＲＷＧ−ＬＤにおいて
は、ウェーハ内の場所によって、電極が断線する場合が
あり、歩留まりが悪くなるという問題があった。
【００１８】また、図１２（ｂ）に例示した樹脂の凹部
１５９Ｃは、溝Ｇの幅が広くなるにつれて顕著になる。
図１２（ｆ）は、溝Ｇの深さＤが約２μｍで、幅Ｗが約
５０μｍの場合の樹脂埋め込みの様子を例示する。この
ように、溝Ｇの中央部分にほとんど樹脂１５９がない状
態となることもある。このような状態では、樹脂１５９
の上に電極のボンディングパッドを形成することはでき
ない。また、樹脂で溝を埋め込む目的の一つであるウェ
ーハのプレーナ化が達成されない。
【００１９】このような問題を解消するために、このよ
うな凹部に再び樹脂を埋め込む方法も考えられる。しか
し、この方法は、樹脂の埋め込みを２回あるいはそれ以
上実施する必要があり、プロセスが煩雑になるという問
題を有する。
【００２０】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものであり、その目的は、メサ部の周囲に設けら
れた溝を埋め込んでその表面を確実且つ容易に平坦化す
ることができる半導体光素子を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体光素子は、半導体基体上に凹部を設
けることにより活性領域を有するメサ部が形成されてな
る半導体光素子であって、前記凹部がベンゾシクロブテ
ンを主成分とする埋め込み樹脂により充填されたことを
特徴とする。このようにすれば、凹部の平坦性改善、低
誘電率、低吸水性などが達成され、高性能、高信頼性を
有する半導体光素子を提供することができる。
【００２２】なお、本願明細書において「活性領域」と
は、発光素子においては発光が生ずる発光部、受光素子
においては検出すべき光を吸収する受光部、光変調素子
においては光の強度あるいは位相などを変化させる光変
調部をいうものとする。
【００２３】ここで、ｎ側電極と、ｐ側電極と、をさら
に備え、前記ｐ側電極は、ｐ型半導体に接触して設けら
れた白金（Ｐｔ）層と、前記白金層の上に積層されたチ
タン（Ｔｉ）層と、を有するものとすると、オーミック
接触を形成するためのシンタ温度を低く抑えることがで
き、熱的な負荷を軽減することができる。すなわち、Ｂ
ＣＢ樹脂を形成したウェーハに最適アニール温度が低い
Ｐｔ／Ｔｉ系電極を採用することにより、素子のシリー
ズ抵抗を下げ、かつ高い信頼性を得る効果がある。
【００２４】また、前記メサ部が、逆メサである場合で
も、本発明によれば、凹部を平坦に埋め込むことが容易
となる。
【００２５】また、前記メサ部の上と前記埋め込み樹脂
の上に連続的に設けられた金属層、例えば、電極層やボ
ンディングパッドを形成しても断線の問題が生ずること
は少ない。さらに、ボンディンパッド下部もＢＣＢ樹脂
で埋め込むことによって、素子容量を低減する効果も得
られる。
【００２６】一方、前記凹部の内壁面に絶縁膜が形成さ
れたものとすることができる。ＢＣＢ樹脂を直接半導体
上に塗布せず、絶縁膜を介することで、表面リーク電流
を少なくする効果がある。
【００２７】また、前記半導体光素子の表面積のうちで
前記埋め込み樹脂の占める面積が９００μｍ２以上であ
るものとしても、埋め込み樹脂を平坦に形成することが
可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、実施例を参照しつつ本発明
の実施の形態について説明する。
【００２９】（第１の実施例）まず、本発明の半導体光
素子の第１の実施例として、リッジ型半導体レーザにつ
いて説明する。
【００３０】図１は、本実施例のリッジ型半導体レーザ
素子の模式図であり、同図（ａ）は、その平面図、同図
（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【００３１】本実施例の半導体レーザは、メサ状に形成
されたリッジ６を有し、そのリッジ６は、活性領域とし
ての発光部を有する。そして、リッジ６の両側に設けら
れた溝Ｇ１、Ｇ２が、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹
脂８により平坦に埋め込まれていることをひとつの特徴
とする。そして、同図（ｂ）に例示したレーザにおいて
は、幅広い溝Ｇ２を埋め込んだ樹脂８の平坦面にボンデ
ィングパッド１０が設けられている。
【００３２】本発明によれば、図１（ｂ）に表したよう
に、溝Ｇ２の幅Ｗが例えば５０μｍ程度と広い場合に
も、図１２（ｆ）に例示したような凹部１５９Ｃは形成
されず、平坦に埋め込むことができる。その結果とし
て、断線を生ずることなく、樹脂８の上にボンディング
パッド１０を形成することができる。
【００３３】図１（ｃ）は、本実施例の変形例を表す断
面図である。すなわち、同図のレーザにおいては、リッ
ジ６の両側の溝はいずれも幅が狭く形成され、ボンディ
ングパッド１０は、樹脂８をまたいでさらに対向側に延
在している。この変形例の場合にも、樹脂８の端部にお
いて段差が生じにくいために、ボンディングパッド１０
の断線が生じにくいという効果が得られる。
【００３４】但し、寄生容量を低減するためには、図１
（ｂ）に例示した構成の方が有利である。すなわち、こ
のようにボンディングパッド１０の下をＢＣＢ樹脂８と
することにより、ボンディングパッド部の寄生容量を１
／５程度に低減することができる。
【００３５】図１（ｃ）の変形例の場合には、ボンディ
ングパッド部の容量は主にＳｉＯ２膜７との重なり部分
のＭＩＳ（metal insulator semiconductor）容量によ
り決定される。ボンディングパッド１０の面積を５０μ
ｍ２、ＳｉＯ２膜７の膜厚を５００ｎｍとした場合、寄
生容量は０．２ｐＦとなる。
【００３６】これに対して図１（ｂ）に表したように、
ボンディングパッド１０の下をＢＣＢ樹脂８で埋め込ん
だ場合、パッド面積を５０μｍ２、ＢＣＢ樹脂８の膜厚
を２μｍとすると、ボンディング部の寄生容量は０．０
３ｐＦと１０分の１近くに小さくなる。ＢＣＢ樹脂は誘
電率が２．６５と低く、また、膜厚を厚く形成すること
が可能であり、パッド部の寄生容量を大幅に削減する効
果がある。変調周波数が１０ＧＨｚ以上の超高周波帯域
では、寄生容量を低減する効果が特に顕著となるので、
ＢＣＢ樹脂８による埋め込みの効果は非常に大きい。
【００３７】次に、図面を参照しつつ本実施例のレーザ
の製造工程について説明する。
【００３８】図２及び図３は、本実施例の半導体レーザ
の製造工程を表す工程断面図である。なお、これらの図
面では、図１（ｃ）に例示した変形例の構造を製造する
場合を表したが、図１（ｂ）に例示した構造を製造する
工程も同様である。
【００３９】まず、図２（ａ）に表したように、ｎ型Ｉ
ｎＰ基板１上にｎ型ＩｎＰクラッド層２（厚さ２μｍ、
Ｓドープ、１×１０１８ｃｍ−３）、１．３μｍ組成Ｍ
ＱＷ活性層３、ｐ型ＩｎＰクラッド層４（厚さ２μｍ、
Ｚｎドープ、キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）、ｐ
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５（厚さ０．３μｍ、Ｚｎ
ドープ、キャリア濃度８×１０１８ｃｍ−３）を順次Ｍ
ＯＣＶＤ法により結晶成長する。
【００４０】次に、図２（ｂ）に表したように、ＳｉＯ
２膜１２をウェーハ全面に形成し、フォトリソグラフィ
ー技術によってＳｉＯ２膜１２を加工してストライプ形
状の開口を形成する。
【００４１】次に、図２（ｃ）に表したように、メサ６
をエッチング形成する。すなわち、ＳｉＯ２膜１２をマ
スクとして硫酸系エッチャント、臭化水素系エッチャン
トにより、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５、ｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層４を順次エッチング除去する。この時、エ
ッチングは１．３μｍ組成ＭＱＷ活性層３直上で停止
し、逆メサ状、すなわち基板からみて上方ほど幅が広く
なる断面形状のリッジ６を形成することかできる。
【００４２】次に、図３（ａ）に表したように、ウェー
ハ全面にＳｉＯ２膜７をＣＶＤ（chemical vapor depos
ition）で形成した後、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）
樹脂８を塗布し、２５０℃でキュアする。ＢＣＢ樹脂を
充填する前にＳｉＯ２膜７を形成することにより、半導
体の表面リーク電流を低減させる効果が得られる。
【００４３】次に、図３（ｂ）に表したように、反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）により、ＢＣＢ樹脂８を表
面から順次エッチングし、溝Ｇの部分だけにＢＣＢ樹脂
８が埋め込まれるように加工する（リッジ頭出し）。こ
の工程において、ＢＣＢ樹脂８は平坦性にすぐれている
ため、図１２に例示したポリイミド樹脂を塗布した場合
のように凹部１５９Ｃができることはなく、溝Ｇを埋め
こんで、平坦な表面を得ることができる。
【００４４】次に、図３（ｃ）に表したように、リッジ
８上のＳｉＯ２膜７を幅３μｍのストライプ状にエッチ
ング除去する。そして、ウェーハ全面にｐ側電極として
Ｐｔ（厚さ５０ｎｍ）、Ｔｉ（厚さ５０ｎｍ）を順次蒸
着し、図示しないレジスト膜を用いたリフトオフ法によ
って、ＳｉＯ２のストライプ状の開口部にｐ側電極９を
形成する。そして、レジストを除去し、３５０℃でシン
ターを行う。
【００４５】ここで、ｐ側電極９として用いるＰｔ系電
極の最適シンター温度は３５０℃と低いので、樹脂８の
変形を最低限に抑えることが可能となる。次に、Ｔｉ／
Ｐｔ／Ａｕ電極からなるボンディングパッド１０を蒸着
法とリフトオフ法によって形成する。そして、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板を厚さ１００μｍまで研磨し、ｎ側電極１１を形
成する。その後、幅３００μｍ、長さ３００μｍに加工
して、図３（ｃ）に表したようにレーザ素子が完成す
る。
【００４６】図４は、本実施例の半導体レーザ素子の信
頼性試験の結果を表すグラフ図である。すなわち、同図
は、１００℃、２００ｍＡ一定の駆動条件でハードバー
イン試験を行った場合のしきい値の変化率ΔＩｔｈを表
す。同図から分かるように、５０時間（ｈ）以上経過し
ても、しきい値電流の変化率ΔＩｔｈは認められず、劣
化はほとんど無いことが確認できた。これは、図１１に
例示したようなポリイミド樹脂を埋め込んだ従来のレー
ザ素子と比べて、大きな改善を立証するものである。
【００４７】このように素子の信頼性が大幅に改善され
た理由としては、ポリイミド樹脂と比べて、（１）ＢＣ
Ｂ樹脂の方が耐湿性・耐候性が高いこと、（２）熱によ
る変形が少ないためにリッジ部にかかる応力が小さくな
ったこと、（３）ｐ側電極９のシンタ温度を低くしたこ
とにより熱応力を低減したこと、などを挙げることがで
きる。
【００４８】特に、上記（３）に関しては、図１０に例
示したような従来の光素子のｐ側電極としてＡｕＺｎを
用いた場合のシンタ温度は４５０℃であったのに対し
て、本実施例においてはｐ側電極としてＰｔ系電極を用
いることにより、シンタ温度を３５０℃にしても良好な
オーミック特性が得られている。つまり、ｐ側電極のシ
ンタ温度を１００℃ほど下げることにより、リッジ部に
負荷される熱応力を低下させて素子の信頼性を改善する
ことができる。
【００４９】一方、本発明の効果は、特にメサ部の形態
がいわゆる「逆メサ」の場合に顕著である。
【００５０】図５は、「逆メサ」と「順メサ」のメサ部
の要部断面を表す概念図である。
【００５１】同図（ａ）に表したように、順メサの場合
には、樹脂Ｒの平坦性が多少低下しても、メサ部Ｍの側
壁の段差Ｔは緩やかであり、配線Ｗの断線は免れること
ができる。
【００５２】しかし、図５（ｂ）に表したように、メサ
部Ｍが逆メサの場合には、樹脂Ｒの平坦性が少しでも劣
化すると、メサ部Ｍの側壁部に急峻な段差Ｔが生じて、
配線層Ｗに断線が生じやすくなる。図１２に関して前述
したように、ポリイミド樹脂を用いた従来の光素子の場
合には、このような逆メサに対して配線の断線が生じや
すいという問題があった。
【００５３】これに対して、本発明によれば、埋め込み
樹脂としてＢＣＢ樹脂を用いることによりポリイミド樹
脂を用いた場合と比較して表面の平坦性を大幅に改善す
ることができる。その結果として、図５（ｂ）に例示し
たような「逆メサ」を有する光素子においても、配線の
断線を確実に抑制し、素子の製造歩留まりを改善し、信
頼性も向上させることができる。
【００５４】一方、本発明によれば、光素子の表面にお
いて、従来よりもより大きな面積を樹脂で埋め込むこと
ができる。より具体的には、本発明によれば、従来より
も広い面積の溝を、溝の深さを深くすることなく、埋め
込むことができる。
【００５５】図６は、半導体光素子の埋め込み樹脂の部
分を拡大した概念断面図である。ポリイミド樹脂Ｒを用
いた場合には、同図（ａ）に表したように樹脂Ｒに深い
凹部が生ずるために、メサＭから樹脂Ｒに亘って電極層
を形成すると「段切れ」が生じやすくなるという弊害が
生ずる。また、溝Ｇの幅Ｗが大きくなると中央部の樹脂
の厚みが非常に薄くなり、溝の底部が露出してしまう場
合もある。このような樹脂の上にボンディングパッドを
形成すると、ＭＩＳ容量が大きくなるという弊害も生ず
る。
【００５６】後に詳述するように、本発明者の試作検討
の結果によれば、図１に例示したようなリッジ型レーザ
の場合、溝Ｇの表面面積が９００μｍ２以上になると、
図６（ａ）に表したようにポリイミド樹脂の凹部が深く
なり、ボンディングパッドの段切れが顕著になることが
分かった。。
【００５７】これに対して、本発明によりＢＣＢ樹脂８
を埋め込むと、図６（ｂ）に表したように凹部は少な
く、溝Ｇをより平坦に埋め込むことができる。
【００５８】図７は、埋め込み樹脂の凹部の深さを定量
的に調べた結果を表す図である。すなわち、本発明者
は、正方形状の開口を有する溝Ｇをポリイミド樹脂ある
いはＢＣＢ樹脂で埋め込んだ場合に、溝Ｇの深さｄに対
する、中央部での樹脂の厚みｄ’の比ｄ’／ｄを調べ
た。ここで、溝Ｇの深さｄは、多くの光素子において通
常設定される値として２ミクロンとした。
【００５９】図７（ａ）は、溝の一辺の長さに対する厚
みの比ｄ’／ｄの依存性を表すグラフ図であり、図７
（ｂ）は同様の結果を表す表である。
【００６０】これらの結果から分かるように、ポリイミ
ド樹脂を用いた場合には、溝の一辺が大きくなるに従っ
て、比ｄ’／ｄが急激に低下し、凹部が深くなることが
分かる。このように凹部が深くなると、ボンディングパ
ッドなどを形成した場合に端部で段切れが発生しやすく
なる。本発明者の試作検討の結果によれば、比ｄ’／ｄ
が０．９を下回ると、埋め込み樹脂の端部において、ボ
ンディングパッドの段切れが顕著に発生しやすくなるこ
とが判明した。つまり、ポリイミド樹脂を用いた場合に
は、溝の一辺が３０μｍを超えると、その上に形成する
ボンディングパッドの段切れが発生しやすくなる。
【００６１】これに対して、ＢＣＢ樹脂を用いた場合に
は、溝の一辺が３０μｍを超えても比ｄ’／ｄは高い値
を維持し、凹部は浅いことが分かった。つまり、ＢＣＢ
樹脂を用いた場合には、溝の一辺が３０μｍを超えて
も、凹部は深くはならず、ボンディングパッドの段切れ
も発生しないことが分かった。換言すると、ＢＣＢ樹脂
を用いた場合には、溝の面積が９００μｍ２を超えて
も、凹部は浅く、ボンディングパッドの段切れが生じに
くいことが分かった。
【００６２】以上詳述したように、本発明によれば、従
来よりも大きな面積の溝を有する半導体光素子を実現す
ることができ、あるいは、本発明によれば、従来よりも
浅くて広い溝を有する半導体光素子を実現することがで
き、設計の自由度が大幅に増大する。
【００６３】（第２の実施例）次に、本発明の半導体光
素子の第２の実施例として、メサ型発光ダイオードにつ
いて説明する。
【００６４】図８は、本実施例のメサ型発光ダイオード
の模式図であり、同図（ａ）は、その平面図、同図
（ｂ）はその中央付近の断面図である。
【００６５】すなわち、本実施例の発光ダイオードは、
素子の中央付近に略円形のメサ部Ｍが設けられ、その周
囲のドーナツ状の溝ＧがＢＣＢ樹脂１８により埋め込ま
れた構成を有する。メサ部Ｍには活性領域としての発光
部が形成され、発光は矢印Ｌの方向に取り出すことがで
きる。
【００６６】本実施例の発光ダイオードにおいても、活
性領域を含むメサ部Ｍの周囲のドーナツ状の溝ＧをＢＣ
Ｂ樹脂１８で埋め込むことにより、平坦なプレーナ状の
構成を得ることができる。そして、この上に断線を生ず
ることなく、ボンディングパッド２０を形成することが
できる。その結果として、ボンディングパッド部の寄生
容量を大幅に低減し、高速変調が可能となる。
【００６７】さらに、ポリイミド樹脂で埋め込んだ場合
と比較して、メサ部Ｍに付加される応力を低減し、素子
の信頼性を大幅に改善することもできる。
【００６８】本実施例の発光ダイオードの構成につい
て、製造手順に沿って説明すると以下の如くである。
【００６９】まず、ｎ型ＩｎＰ基板１３上にｎ型ＩｎＰ
クラッド層１４（厚さ２μｍ、Ｓドープ、１×１０１８
ｃｍ−３）、１．３μｍ組成ＭＱＷ活性層１５、ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層１６（厚さ２μｍ、Ｚｎドープ、キャリ
ア濃度１×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型ＩｎＧａＡｓコン
タクト層１７（厚さ０．５μｍ、Ｚｎドープ、キャリア
濃度８×１０１８ｃｍ−３）を順次ＭＯＣＶＤ法により
結晶成長する。
【００７０】次に、ＳｉＯ２膜を形成後、ウェーハ全面
にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術
によって、内径２０μｍ、外形３０μｍのドーナツ形状
にＳｉＯ２膜を部分的にエッチング除去する。
【００７１】次に、臭化水素系エッチャントにより、ｐ
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７、ｐ型ＩｎＰクラッド
層１６、１．３μｍ組成ＭＱＷ活性層１５、ｎ型ＩｎＰ
クラッド層１４をエッチングし、略円形のメサを形成す
る。
【００７２】次に、ウェーハ全面にＳｉＯ２膜２３をＣ
ＶＤで形成した後、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂
１８を塗布し、２５０℃でキュアした後、反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）により、メサ部Ｍの頭出しを行
う。この時、ＢＣＢ樹脂は平坦性にすぐれているため、
ポリイミド樹脂を塗布した場合のような凹部ができるこ
とはなく、平坦に溝を埋めることができる。
【００７３】その後、メサ上に直径１５μｍの円形の窓
を形成する。次に、ウェーハ全面にｐ型電極としてＰｔ
（厚さ５０ｎｍ）、Ｔｉ（厚さ５０ｎｍ）を順次蒸着
し、図示しないレジスト膜を用いたリフトオフ法によっ
て、窓の部分にストライプ状にｐ型電極１９を加工す
る。
【００７４】次に、レジスト膜を除去し、３５０℃でシ
ンターを行う。Ｐｔ系電極は最適シンター温度が３５０
℃と低いため、樹脂１８の変形を最低限に抑えることが
可能である。次に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極からなるボン
ディングパッド２０を蒸着法とリフトオフ法によって形
成する。
【００７５】次に、ｎ型ＩｎＰ基板１３を厚さ１００μ
ｍまで研磨し、ｎ電極２１を形成する。この時、光を取
り出すための窓２２を形成し、窓部分には無反射膜とし
て０．２μｍ厚のＳｉ３Ｎ４膜を形成する。その後、幅
３００μｍ、長さ３００μｍに加工して発光ダイオード
が完成する。
【００７６】（第３の実施例）次に、本発明の半導体光
素子の第３の実施例として、メサ型受光素子について説
明する。
【００７７】図９は、本実施例のメサ型受光素子の模式
図であり、同図（ａ）は、その平面図、同図（ｂ）はそ
の中央付近の断面図である。
【００７８】本実施例の受光素子も、素子の中央付近に
略円形のメサ部Ｍが設けられ、その周囲のドーナツ状の
溝ＧがＢＣＢ樹脂３６により埋め込まれている。メサ部
Ｍには、ｐ型拡散領域３７が形成され、活性領域として
の受光領域が形成されている。この受光領域に対して、
光は矢印Ｌの方向から入射して検出される。
【００７９】本実施例においても、ＢＣＢ樹脂３６を用
いてプレーナ状に埋め込み形成することにより、第１乃
至第２実施例と同様の各種の効果を得ることができる。
【００８０】本実施例の受光素子の構成をその製造手順
に沿って説明すると以下の如くである。
【００８１】まず、ｎ型ＩｎＰ基板３１上にｎ型ＩｎＰ
バッファ層３２（厚さ３μｍ、Ｓドープ、１×１０１８
ｃｍ−３）、ＩｎＧａＡｓ光吸収層３３、ｎ型ＩｎＰウ
インドウ層３４（厚さ２μｍ、キャリア濃度１×１０
１５ｃｍ−３）、を順次ＶＧ（vapor growth：気相成
長）法により結晶成長する。
【００８２】次に、素子の中央付近において、ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層３３に到達するようにＺｎ（亜鉛）を選択
拡散して、ｐ型拡散領域３７を形成する。
【００８３】次に、ＳｉＯ２膜を形成後、ウェーハ全面
にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術
によって、内径４０μｍ、外形５０μｍのドーナツ形状
にＳｉＯ２膜を部分的にエッチング除去する。そして、
臭化水素系エッチャントにより、ｎ型ＩｎＰバッファ層
３２に到達するまでエッチングし、メサ部Ｍを形成す
る。
【００８４】次に、ウェーハ全面にＳｉ３Ｎ４膜３５を
ｐ型ＣＶＤで形成した後、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテ
ン）樹脂を塗布し、２５０℃でキュアした後、反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）により、メサ部Ｍの頭出しを
行う。この時、ＢＣＢ樹脂３６は平坦性にすぐれている
ため、ポリイミド樹脂を塗布した場合のような凹部がで
きることはなく、平坦に溝を埋めることができる。
【００８５】その後、メサ部Ｍの上に幅１０μｍのリン
グ形状の窓を形成する。そして、ウェーハ全面にｐ型電
極３８、ｎ型電極３９としてＰｔ（厚さ５０ｎｍ）、Ｔ
ｉ（厚さ５０ｎｍ）、Ａｕ（厚さ１μｍ）を順次蒸着
し、図示しないレジスト膜を用いたリフトオフ法によっ
て、電極を加工する。
【００８６】次に、レジスト膜を除去し、３５０℃でシ
ンターを行う。Ｐｔ系電極は最適シンター温度が３５０
℃と低いため、樹脂の変形を最低限に抑えることが可能
である。次に、ｎ型ＩｎＰ基板３１を厚さ１００μｍま
で研磨し、光入射面に無反射膜として０．２μｍ厚のＳ
ｉ３Ｎ４膜４０を形成する。その後、幅３００μｍ、長
さ３００μｍに加工して受光素子が完成する。
【００８７】本実施例によれば、ボンディングパッド部
の寄生容量を低減することにより高速動作が可能で、且
つ信頼性も良好な受光素子を実現することができる。
【００８８】以上、具体例としての実施例を参照しつつ
本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明
は、これらの具体例に限定されるものではない。例え
ば、本発明は、発光素子や受光素子ばかりでなく、光変
調素子にも同様に適用することができる。
【００８９】具体的には、図１に例示したリッジ型レー
ザと同様の構造をそのまま流用して、電界吸収型光変調
素子（electro-absorption modulator：ＥＡＭ）とする
ことができる。この変調素子は、図１に表した上下の電
極１０、１１に印加する電圧を変化させることにより、
活性領域としての光変調部の光吸収率を変化させること
ができる。そして、この光変調部を有するリッジを導波
される光の強度を変調することができる。この変調素子
においても、リッジの両側をＢＣＢ樹脂で埋め込むこと
により、上述した各種の効果を得ることができる。
【００９０】一方、発光素子あるいは受光素子として
も、図８あるいは図９に例示した形態には限定されず、
これら以外にも、例えば、リッジ状の導波路を有するい
わゆる「導波路型発光素子」あるいは「導波路型受光素
子」に対しても本発明を同様に適用することができる。
すなわち、このような導波路のリッジ導波路の両側をＢ
ＣＢ樹脂で埋め込むことにより、上述した種々の効果を
同様に得ることができる。
【００９１】さらに、これら発光素子、受光素子、光変
調素子の材料についても、ＩｎＰ系材料には限定され
ず、ＧａＡｓ系、ＧａＰ系、ＧａＮ系をはじめとする各
種のIII−Ｖ族化合物半導体、あるいはＺｎＳｅ、Ｃｄ
Ｔｅ等のII−VI族化合物半導体などを用いたものにも適
用可能である。
【００９２】さらに、発光素子、受光素子、光変調素子
を適宜組み合わせた集積型光素子等に対しても本発明を
同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【００９３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
メサ部に隣接した凹部をＢＣＢ樹脂で埋め込むことによ
り、高性能、高信頼性が達成され、併せて製造歩留まり
を向上させることも可能となり、産業上のメリットは多
大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のリッジ型半導体レーザ素
子の模式図であり、同図（ａ）は、その平面図、同図
（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の第１実施例の半導体レーザの製造工程
を表す工程断面図である。
【図３】本発明の第１実施例の半導体レーザの製造工程
を表す工程断面図である。
【図４】本発明の第１実施例の半導体レーザ素子の信頼
性試験の結果を表すグラフ図である。す
【図５】「逆メサ」と「順メサ」のメサ部の要部断面を
表す概念図である。
【図６】半導体光素子の埋め込み樹脂の部分を拡大した
概念断面図である。
【図７】埋め込み樹脂の凹部の深さを定量的に調べた結
果を表す図である。
【図８】本発明の第２実施例のメサ型発光ダイオードの
模式図であり、同図（ａ）は、その平面図、同図（ｂ）
はその中央付近の断面図である。
【図９】本発明の第３実施例のメサ型受光素子の模式図
であり、同図（ａ）は、その平面図、同図（ｂ）はその
中央付近の断面図である。
【図１０】、従来のファブリーペロー型ＲＷＧ−ＬＤの
構造を表す概念図である。
【図１１】従来のＲＷＧ−ＬＤ素子の信頼性試験の結果
を表すグラフ図である。
【図１２】、樹脂１５９の埋め込み工程を表す工程断面
図であり、特にリッジ横の溝部分を拡大した図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＩｎＰ基板 ２ ｎ型ＩｎＰクラッド層 ３ １．３μｍ組成ＭＱＷ活性層 ４ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ５ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ６ リッジ ７ ＳｉＯ２膜 ８ ＢＣＢ樹脂 ９ ｐ型電極 １０ ボンディングパッド １１ ｎ電極 １２ ＳｉＯ２膜 １３ ｎ型ＩｎＰ基板 １４ ｎ型ＩｎＰクラッド層 １５ １．３μｍ組成ＭＱＷ活性層 １６ ｐ型ＩｎＰクラッド層 １７ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １８ ＢＣＢ樹脂 １９ ｐ型電極 ２０ ボンディングパッド ２１ ｎ電極 ２２ Ｓｉ３Ｎ４膜 ２３ ＳｉＯ２膜 ３１ ｎ型ＩｎＰ基板 ３２ ｎ型ＩｎＰクラッド層 ３３ １．３μｍ組成ＭＱＷ活性層 ３４ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ３５ ＳｉＯ２膜 ３６ ＢＣＢ樹脂 ３７ Ｚｎ拡散領域 ３８ ｐ型電極 ３９ ｎ電極 ４０ Ｓｉ３Ｎ４膜 １５１ ｎ型ＩｎＰ基板 １５２ ｎ型ＩｎＰクラッド層 １５３ １．３μｍ組成ＭＱＷ活性層 １５４ ｐ型ＩｎＰクラッド層 １５５ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １５６ ＳｉＯ２膜 １５７ ボンディングパッド １５８ ｐ型電極 １５９ ＢＣＢ樹脂 １６０ ｎ電極 １６１ リッジ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基体上に凹部を設けることにより活
    性領域を有するメサ部が形成されてなる半導体光素子で
    あって、 前記凹部がベンゾシクロブテンを主成分とする埋め込み
    樹脂により充填されたことを特徴とする半導体光素子。
  2. 【請求項２】ｎ側電極と、ｐ側電極と、をさらに備え、 前記ｐ側電極は、ｐ型半導体に接触して設けられた白金
    （Ｐｔ）層と、前記白金層の上に積層されたチタン（Ｔ
    ｉ）層と、を有することを特徴とする請求項１記載の半
    導体光素子。
  3. 【請求項３】前記メサ部は、逆メサであることを特徴と
    する請求項１または２に記載の半導体光素子。
  4. 【請求項４】前記メサ部の上と前記埋め込み樹脂の上に
    連続的に設けられた金属層をさらに備えたことを特徴と
    する請求項１〜３のいずれか１つに記載半導体光素子。
  5. 【請求項５】前記凹部の内壁面に絶縁膜が形成されたこ
    とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半
    導体光素子。
  6. 【請求項６】前記半導体光素子の表面積のうちで前記埋
    め込み樹脂の占める面積が９００μｍ２以上であること
    を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導
    体光素子。
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