JP2004014993A - Surface light-emitting element, its manufacturing method, its mounting structure, optical module and optical transmitting element - Google Patents

Surface light-emitting element, its manufacturing method, its mounting structure, optical module and optical transmitting element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface light-emitting element allowing bumps to be easily formed and having a satisfactory yield, its manufacturing method, a mounting structure of the surface light-emitting element, an optical module and an optical transmitting element comprising the surface light-emitting element. <P>SOLUTION: The surface light-emitting element 100 of this invention comprises a light-emitting element part 132 that is formed on a compound semiconductor substrate 101 and is capable of emitting light in a vertical direction to the compound semiconductor substrate 101. This surface light-emitting element 100 comprises at least one pad, and the center line mean roughness of profile (Ra) of the surface of the pad is 5.0×10<SP>-3</SP>μm or above. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光型発光素子およびその製造方法、該面発光型発光素子の実装構造、ならびに該面発光型発光素子を含む光モジュールおよび光伝達装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
面発光型半導体レーザに代表される面発光型発光素子は、光通信や光演算、および各種センサの光源として大いに期待されている。この面発光型発光素子は、基板と垂直方向に光を出射するという特徴を有する。この特徴を生かして、例えば特開平７−２８３４８６号公報には、はんだバンプを用いて他の基板と面発光型半導体レーザとを直接接合する方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、面発光型発光素子に設けられた金属パッド上にバンプを形成する場合、一定の過重をかけながら超音波を印加して接合する。多くの面発光型発光素子は、化合物半導体基板上に化合物半導体層が積層されて構成されている。しかしながら、化合物半導体基板は一般に、シリコン基板やサファイア基板と比較して強度が小さい。したがって、このような素子に設けられたパッド上にバンプを形成する場合、化合物半導体基板に印加される過重および超音波によって、前記基板にひびわれが生じる場合がある。一方、化合物半導体基板にこのような損傷が生じるのを回避するために、バンプ形成時に前記基板に印加される過重および超音波を小さくした場合、バンプがパッドに十分に密着しないという問題が生じる場合がある。
【０００４】
本発明の目的は、バンプが容易に形成可能であり、かつ、歩留まりが良好な面発光型発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の目的は、前記面発光型発光素子の実装構造を提供することにある。
【０００６】
さらに、本発明の目的は、前記面発光型発光素子を含む光モジュールおよび光伝達装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（面発光型発光素子）
本発明の面発光型発光素子は、
化合物半導体基板上に形成された発光素子部を含み、該基板と垂直方向に光を出射できる面発光型発光素子であって、
少なくとも１つのパッドを含み、
前記パッドの表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が、５．０×１０−３μｍ以上である。
【０００８】
ここで、「パッドの表面の中心線平均粗さ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ　ａｖｅｒａｇｅ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）」とは、前記パッドの表面において、設定した所定の中心線を基準に、ポイントする任意箇所（測定箇所）について基準からの高低差（絶対値）を測定し、その高低差の和を測定箇所の数で割った値をいう。
【０００９】
前記パッドの表面の中心線平均粗さＲａが５．０×１０−３μｍ未満である場合、前記パッド上にバンプを形成する場合、前記パッドの表面と前記バンプとの接合に有効に寄与する面積が少ないため、十分な接合強度を確保できなくなる場合がある。
【００１０】
これに対し、前記パッドの表面の中心線平均粗さＲａが５．０×１０−３μｍ以上である場合、前記バンプ電極と前記バンプとの接合部において、良好な接合状態を確保するために十分な接合面積が得られる。このため、前記接合部において十分な接合強度を確保することができる。
【００１１】
本発明の面発光型発光素子によれば、前記パッド上にバンプを形成する際に、該バンプと該パッドとの接触面積を確保することができるうえ、該パッドの表面の粗さによって、該パッド上に該バンプを固定させることができる。以上により、前記パッドと前記バンプとの密着性を高めることができる。したがって、前記バンプ形成時に前記パッドに加わる負荷を少なくすることができる結果、前記化合物半導体基板に加わる負荷を緩和することができる。
【００１２】
本発明の面発光型発光素子は、以下の態様（１）〜（６）をとることができる。
【００１３】
（１）前記パッドを複数個含み、前記複数個のパッドのうち少なくとも１つが、前記発光素子部に電流を注入するための電極であることができる。この構成によれば、前記電極である前記パッド上に前記バンプを接続させる場合、該パッドと該バンプとの密着性を高めることができるため、接触抵抗の低減を図ることができる。
【００１４】
この場合、前記複数個のパッドのうち少なくとも２つが同一面上に形成できる。このように、同一面上に複数のパッドが形成されていることにより、安定した実装が可能になる。また、この場合、前記複数個のパッドのうち２つが、前記発光素子部に電流を注入するための一対の電極であり、前記一対の電極を構成する前記２つのパッドはいずれも、前記化合物半導体基板表面の上方に設置できる。ここで、「前記化合物半導体基板表面の上方に設置」とは、前記化合物半導体基板表面上に直接設置する場合だけでなく、前記化合物半導体基板表面上に他の層を介して設置されている場合を含む。また、「前記化合物半導体基板表面」とは、前記化合物半導体基板において前記発光素子部が形成されている面をいう。この構成によれば、ワイヤ等を介さずに素子を駆動させることができ、いわゆるフェイスダウン構造の実装を達成することができる。
【００１５】
（２）前記パッドの少なくとも一部を絶縁層上に形成できる。この場合、前記絶縁層は、ポリイミド樹脂からなることができる。
【００１６】
（３）前記パッドの最表面を金で形成することができる。これにより、自然酸化膜の影響を極力抑えることができる。
【００１７】
（４）前記化合物半導体基板の裏面から光が出射することができる。ここで、「前記化合物半導体基板の裏面」とは、前記化合物半導体基板の表面と反対側の面をいう。
【００１８】
（５）前記面発光型発光素子は、面発光型半導体レーザであることができる。
【００１９】
この場合、前記面発光型半導体レーザの前記発光素子部は、少なくとも一部に柱状部が形成された共振器と、前記柱状部の側面を覆う絶縁層と、を含み、
前記面発光型半導体レーザはさらに、前記パッドを複数個含み、該複数個のパッドのうち少なくとも１つが前記電極であり、
前記電極の少なくとも一部を、前記絶縁層の上に形成できる。
【００２０】
また、この場合、前記複数個のパッドのうち２つが、前記発光素子部に電流を注入するための一対の電極であり、前記一対の電極を構成する２つのパッドの少なくとも一部を、前記絶縁層の上に形成できる。
【００２１】
（６）前記面発光型発光素子は、半導体発光ダイオードであることができる。
【００２２】
この場合、前記半導体発光ダイオードに含まれる前記発光素子部は、少なくとも一部に活性層を含む柱状部と、前記柱状部の側面を覆う絶縁層と、を含み、
前記半導体発光ダイオードはさらに、前記パッドを複数個含み、該複数個のパッドのうち少なくとも１つが前記電極であり、
前記電極の少なくとも一部を、前記絶縁層の上に形成できる。
【００２３】
（面発光型発光素子の製造方法）
本発明の面発光型発光素子の製造方法は、化合物半導体基板上に形成された発光素子部を含み、該基板と垂直方向に光を出射できる面発光型発光素子の製造方法であって、
（ａ）前記基板上に前記発光素子部を形成し、
（ｂ）少なくとも１つのパッドを形成し、
（ｃ）前記パッドに対して表面処理を行なうことにより、該パッド表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を５．０×１０−３μｍ以上にすること、を含む。
【００２４】
本発明の面発光型発光素子の製造方法によれば、前記パッド上にバンプを形成する場合、前記パッドと前記パッドとの密着性を高めることができる。
【００２５】
この場合、前記（ｃ）において、前記表面処理は、前記パッドに対するプラズマまたはイオンビームの照射であることができる。あるいは、前記（ｃ）において、前記表面処理は、前記パッドに対するウエット処理であることができる。この方法によれば、前記化合物半導体基板に損傷を与えることなく、前記パッドの表面を粗くすることができる。
【００２６】
（面発光型発光素子の実装構造）
本発明の面発光型発光素子の実装構造は、前述した本発明の面発光型発光素子と、接続用パッドが形成された基板と、該基板と前記面発光型発光素子とを電気的に接続するバンプと、を含む。
【００２７】
この場合、前記接続用パッドが形成された基板にはさらに、電子回路が搭載させることができる。この電子回路は、前記面発光型発光素子を駆動させるため、あるいは前記面発光型発光素子へ信号を送るために設置される。
【００２８】
また、この場合、前記バンプは金からなることができる。
【００２９】
（光モジュールおよび光伝達装置）
本発明の面発光型発光素子と、光導波路とを含む光モジュールに適用することができる。また、前記光モジュールを含む光伝達装置に適用することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
［第１の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００を模式的に示す平面図である。図１は、図２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。この場合、より高速駆動が可能な面発光レーザの特徴を生かすことができる。
【００３２】
本実施の形態の面発光型発光素子１００は、図１に示すように、化合物半導体基板（本実施形態ではｎ型ＧａＡｓ基板）１０１と、化合物半導体基板１０１上に形成された発光素子部１３２とを含む。
【００３３】
この面発光型発光素子１００においては、図１に示すように、化合物半導体基板１０１の表面１０１ａの上方に、第１電極１０７およびパッド１１０の２つのパッドが形成されている。ここで、「化合物半導体基板１０１の表面１０１ａ」とは、化合物半導体基板１０１において発光素子部が形成されている面をいう。
【００３４】
第１電極１０７およびパッド１１０の表面の中心線粗さＲａは５．０×１０−３μｍ以上であることが望ましく、９．０×１０−３μｍ以上であることがより望ましい。Ｒａが５．０×１０−３μｍ未満であると、第１電極１０７またはパッド１１０上にバンプを形成する場合、バンプとの密着性が十分得られないため、パッド１１０上にバンプを設置することができない場合がある。また、Ｒａが９．０×１０−３μｍ以上であれば、シェア強度（後述する）がより改善され、バンプとパッド１１０との間においてより強固な密着性が得られる。
【００３５】
第１電極１０７およびパッド１１０は同じ材質から形成することができる。例えば、第１電極１０７およびパッド１１０の最表面を金で形成することができる。この場合、第１電極１０７やパッド１１０の上に、金からなるバンプを形成することにより、これらのパッドと前記バンプとの密着性を高めることができる。また、この構成によれば、第１電極１０７およびパッド１１０の最表面が金で形成されていることにより、自然酸化膜の影響を極力抑えることができ、より強固な密着性を確保することができる。
【００３６】
また、第１電極１０７は、後述する第２電極１０９とともに、面発光型発光素子１００に電流を注入する機能を有する。
【００３７】
次に、この面発光型発光素子１００の各構成要素について説明する。
【００３８】
発光素子部１３２は、化合物半導体基板１０１上に形成された垂直共振器（以下「共振器」とする）１４０を含む。この共振器１４０は柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」とする）１３０を含み、柱状部１３０の側面は絶縁層１０６で覆われている。
【００３９】
共振器１４０には柱状部１３０が形成されている。ここで、柱状部１３０とは、共振器１４０の一部であって、少なくとも上部ミラー１０４を含む柱状の半導体堆積体をいう。この柱状部１３０は絶縁層１０６で埋め込まれている。すなわち、柱状部１３０の側面は絶縁層１０６で取り囲まれている。さらに、柱状部１３０上には第１電極１０７が形成されている。
【００４０】
共振器１４０は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「下部ミラー」という）１０２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、およびｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「上部ミラー」という）１０４が順次積層されて構成されている。なお、下部ミラー１０２、活性層１０３、および上部ミラー１０４を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
【００４１】
上部ミラー１０４は、例えばＣがドーピングされることによりｐ型にされ、下部ミラー１０２は、例えばＳｉがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、上部ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、および下部ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００４２】
また、共振器１４０のうち面発光型発光素子１００のレーザ光出射側から下部ミラー１０２の途中にかけての部分が、レーザ光出射側からから見て円形の形状にエッチングされて柱状部１３０が形成されている。なお、本実施の形態では、柱状部１３０の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることが可能である。
【００４３】
さらに、上部ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層１０５を形成することができる。この電流狭窄層１０５は、リング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層１０５は、図１におけるＸ−Ｙ平面に平行な面で切断した場合における断面が同心円状である形状を有する。
【００４４】
また、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００においては、柱状部１３０の側面ならびに下部ミラー１０２の上面を覆うようにして、絶縁層１０６が形成されている。
【００４５】
この面発光型発光素子１００の製造工程においては、柱状部１３０の側面を覆う絶縁層１０６を形成した後、柱状部１３０の上面および絶縁層１０６の上面に第１電極１０７を、化合物半導体基板１０１の裏面（化合物半導体基板１０１において発光素子部１３２が形成されている面と反対側の面）に第２電極１０９を、それぞれ形成する。これらの電極形成の際には一般的に、アニール処理を約４００℃で行なう（後述する製造プロセスを参照）。したがって、樹脂を用いて絶縁層１０６を形成する場合、このアニール処理工程に耐え得るためには、絶縁層１０６を構成する樹脂は耐熱性に優れたものであることが必要とされる。この要求を満たすためには、絶縁層１０６を構成する樹脂がポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂等であることが望ましく、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂であるのが望ましい。
【００４６】
柱状部１３０および絶縁層１０６の上には、第１電極１０７が形成されている。また、図１および図２に示すように、絶縁層１０６にはパッド１１０を形成することができる。第１電極１０７は、例えばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜から形成することができる。また、このパッド１１０は、第１電極１０７と同じ材質で形成することができる。
【００４７】
柱状部１３０上面の中央部には、第１電極１０７が形成されていない部分（開口部）が設けられている。この部分が出射面１０８である。この出射面１０８がレーザ光の出射口となる。すなわち、柱状部１３０の上面のうち第１電極１０７で覆われていない部分が出射面１０８に相当する。
【００４８】
さらに、化合物半導体基板１０１の裏面には、第２電極１０９が形成されている。すなわち、図１に示す面発光型発光素子１００では、柱状部１３０上で第１電極１０７と接合し、かつ、化合物半導体基板１０１の裏面で第２電極１０９と接合している。この第１電極１０７および第２電極１０９によって活性層１０３に電流が注入される。第２電極１０９は、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜から形成することができる。
【００４９】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の面発光型半導体レーザの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００５０】
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、係る再結合による発光が生じる。そこで生じた光が上部ミラー１０４と下部ミラー１０２との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、柱状部１３０上面にある出射面１０８から、化合物半導体基板１０１に対して垂直方向（図１に示すＺ方向）にレーザ光が出射される。ここで、「化合物半導体基板１０１に対して垂直方向」とは、化合物半導体基板１０１の表面１０１ａ（図１ではＸ−Ｙ平面と平行な面）に対して垂直な方向（図１ではＺ方向）をいう。
【００５１】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法の一例について、図３〜図８を用いて説明する。図３〜図８は、図１および図２に示す本実施の形態の面発光型発光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面に対応している。
【００５２】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる化合物半導体基板１０１の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図３に示すように、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの下部ミラー１０２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、およびｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの上部ミラー１０４からなる。これらの層を順に化合物半導体基板１０１上に堆層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。なお、上部ミラー１０４を成長させる際に、活性層近傍の少なくとも１層を、ＡｌＡｓ層またはＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ組成が高い層）に形成する。この層は後に酸化され、電流狭窄層１０５となる。また、上部ミラー１０４の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（後述する第１電極１０７）とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。
【００５３】
エピタキシャル成長を行なう際の温度は、成長方法や原料、化合物半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行なう際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。
【００５４】
続いて、半導体多層膜１５０上に、フォトレジスト（図示しない）を塗布した後フォトリソグラフィ法により該フォトレジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ１００を形成する。ついで、このレジスト層Ｒ１００をマスクとして、例えばドライエッチング法により、上部ミラー１０４、活性層１０３、および下部ミラー１０２の一部をエッチングして、図４に示すように、柱状の半導体堆積体（柱状部）１３０を形成する。以上の工程により、図４に示すように、化合物半導体基板１０１上に、柱状部１３０を含む共振器１４０が形成される。その後、レジスト層Ｒ１００を除去する。
【００５５】
続いて、図５に示すように、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって共振器１４０が形成された化合物半導体基板１０１を投入することにより、前述の上部ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層を側面から酸化して、電流狭窄層１０５を形成することができる。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層（前記Ａｌ組成が高い層）のＡｌ組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層を備えた面発光レーザでは、駆動する際に、電流狭窄層が形成されていない部分（酸化されていない部分）のみに電流が流れる。したがって、酸化によって電流狭窄層を形成する工程において、形成する電流狭窄層１０５の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【００５６】
以上の工程により、面発光型発光素子１００のうち、発光素子として機能する部分（出射面１０８および電極１０７，１０９を除く）が形成される。
【００５７】
（２）次いで、柱状部１３０を取り囲む絶縁層１０６を形成する。ここでは、絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について説明する。まず、例えばスピンコート法を用いて、樹脂前駆体（ポリイミド前駆体）を共振器１４０上に塗布して、樹脂前駆体層（図示せず）を形成する。この際、樹脂前駆体層の膜厚が柱状部１３０の高さより大きくなるように形成する。なお、前記樹脂前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、インクジェット法等の公知技術が利用できる。
【００５８】
次いで、この基板を、例えばホットプレート等を用いて加熱して溶媒を除去した後、柱状部１３０の上面１３０ａ（図５参照）を露出させる。柱状部１３０の上面を露出させる方法としては、ＣＭＰ法、ドライエッチング法、ウエットエッチング法などが利用できる。この後、前記樹脂前駆体層を約３５０℃の炉内にてイミド化させることで、絶縁層１０６が形成される。なお、イミド化工程を経てほぼ完全に硬化させた絶縁層をエッチングして、柱状部１３０の上面１３０ａを露出させてもよい。
【００５９】
（３）次に、活性層１０３に電流を注入するための第１電極１０７および第２電極１０９、およびレーザ光の出射面１０８を形成する工程について説明する。
【００６０】
まず、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、柱状部１３０の上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、例えば真空蒸着法により絶縁層１０６および柱状部１３０の上面に、例えばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜（図示せず）を形成する。この場合、最表面にＡｕ層を形成する。次いで、リフトオフ法により、柱状部１３０の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面１０８となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法を用いることもできる。
【００６１】
また、第１電極１０７を形成する工程と同一の工程にて、リフトオフ法またはドライエッチング法によりパッド１１０を形成することができる。
【００６２】
また、化合物半導体基板１０１の裏面に、例えば真空蒸着法により、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜（図示せず）を形成する。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施形態で用いた電極材料の場合は、通常４００℃前後で行なう。
【００６３】
（４）次いで、第１電極１０７およびパッド１１０の表面を粗くする処理を行なう。これにより、第１電極１０７およびパッド１１０の表面の中心線平均粗さＲａを５．０×１０−３μｍ以上にする。なお、第１電極１０７およびパッド１１０の表面の中心線平均粗さＲａは少なくとも、表面を粗くする処理の際に化合物半導体基板１０１に損傷を与えない程度に形成する。
【００６４】
ここで用いる処理としては、第１電極１０７およびパッド１１０の表面にプラズマまたはイオンビームを照射する方法や、第１電極１０７およびパッド１１０の表面をウエット処理する方法等が挙げられる。図８には、一例として、第１電極１０７およびパッド１１０に対してプラズマ１１２を照射する場合を示す。プラズマやイオンビームを用いる場合、第１電極１０７およびパッド１１０の表面に均一かつ細かい荒れを形成することができる。また、前記ウエット処理としては、例えば、硝酸、塩酸、あるいはこれらの混酸等の強酸溶液に第１電極１０７およびパッド１１０の表面を曝す方法が挙げられる。
【００６５】
また、必要に応じて、前述した表面処理の前に、第１電極１０７およびパッド１１０以外の部分を保護するためにレジストパターニング等の工程を付加してもよい。
【００６６】
以上のプロセスにより、図１および図２に示す面発光型発光素子１００が得られる。
【００６７】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の主な作用および効果を以下に示す。
【００６８】
（１）本実施の形態の面発光型発光素子１００によれば、パッドとして第１電極１０７およびパッド１１０を含み、これらのパッドの表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が、５．０×１０−３μｍ以上であることにより、これらのパッド上にバンプを形成する際に、バンプと該パッドとの接触面積を確保することができるうえ、該パッドの表面の粗さを構成する凹凸によって、該パッド上にバンプを固定させることができる。以上により、これらのパッドとバンプとの密着性を高めることができる。したがって、バンプ形成時にこれらのパッドに加わる負荷を少なくすることができる結果、化合物半導体基板１０１に加わる負荷を緩和することができる。
【００６９】
また、このパッドの表面の凹凸は、バンプ表面の極薄自然酸化膜や有機系付着物等を突き破って、バンプをパッドに密着させる機能を有すると推測される。これにより、本実施の形態のように、パッドが電極（第１電極１０７）として用いられる場合、前記パッド上に前記バンプを接続させる際、該パッドと該バンプとの密着性を高めることができるため、接触抵抗の低減を図ることができる。
【００７０】
（２）パッド（第１電極１０７およびパッド１１０）の少なくとも一部が絶縁層１０６上に形成されている。特に、絶縁層１０６がスピンコート法により形成されたものである場合、一般に、この絶縁層１０６の上面は平坦性が高い。このような平坦性が高い面上にこれらのパッドを形成した場合、該パッドの上面も同様に平坦性が高いものとなる。平坦性が高いこれらのパッドの表面にバンプを形成した場合、バンプと該パッドとの接触面積が十分確保されず、バンプと該パッドとの密着性が十分でないため、バンプと該パッドとの接合に大きな負荷が必要となる場合がある。この場合、化合物半導体基板１０１に大きな負荷が印加される結果、化合物半導体基板１０１に大きな損傷が加わる場合がある。
【００７１】
これに対し、本実施の形態の面発光型発光素子１００によれば、前記パッドの表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が、５．０×１０−３μｍ以上であることにより、絶縁層１０６上に形成されたパッド上にこれらのバンプを形成する場合であっても、バンプと該パッドとの接触面積を確保することができ、かつ、該パッドの表面の粗さを構成する凹凸によって、該パッド上にバンプを固定させることができる。以上により、バンプとこれらのパッドとの密着性を高めることができる。
【００７２】
（３）本実施の形態の面発光型発光素子１００の製造方法によれば、第１電極１０７およびパッド１１０の表面にプラズマまたはイオンビームを照射したり、第１電極１０７およびパッド１１０の表面をウエット処理することにより、第１電極１０７およびパッド１１０の表面処理を行なう。したがって、ＣＭＰ法等の機械的手段を用いる場合と異なり、化合物半導体基板１０１に損傷を与えることなく、第１電極１０７およびパッド１１０の表面を粗くすることができる。
【００７３】
また、本実施の形態においては、面発光型発光素子１００が面発光型半導体レーザである場合について説明したが、本発明は、面発光型半導体レーザ以外の発光素子にも適用可能である。本発明を適用できる面発光型発光素子としては、例えば、半導体発光ダイオードなどが挙げられる。
【００７４】
［第２の実施の形態］
（デバイスの構造）
図９は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００を模式的に示す断面図である。図１０は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００を模式的に示す平面図である。図９は、図１０のＡ−Ａ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【００７５】
本実施の形態に係る面発光型発光素子２００は、パッド１１０（図１参照）のかわりに、第２電極１１９が第１電極１０７とともに、化合物半導体基板１０１の表面１０１ａの上方に形成されている点以外は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００とほぼ同様の構造を有する。第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００７６】
この面発光型発光素子２００では、化合物半導体基板１０１の表面１０１ａの上方に、第１電極１０７および第２電極１１９の２つのパッドが形成されている。開口部１１１は、図９に示すように、少なくとも下部ミラー１０２まで到達するように形成されている。
【００７７】
第１電極１０７および第２電極１１９の表面の中心線粗さＲａは５．０×１０−３μｍ以上であることが望ましく、９．０×１０−３μｍ以上であることがより望ましい。
【００７８】
（デバイスの製造プロセス）
第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００は、途中の工程まで、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造工程を用いて形成される。すなわち、前述した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造工程において、共振器１４０の上に絶縁層１０６を形成した後（図６参照）、絶縁層１０６に開口部１１１（図９参照）を形成する。開口部１１１の形成方法としては、ウエットエッチング法やドライエッチング法等が例示できる。必要に応じて、開口部１１１の底面に相当する下部ミラー１０２の露出面をエッチングしてもよい。
【００７９】
次いで、第１の実施の形態と同様に第１電極１０７を形成する。さらに、開口部１１１の底面から絶縁層１０６の上面にかけて第２電極１１９を形成する。第２電極１１９は、第１の実施の形態の半導体装置１００の第２電極１０９を形成するための材料と同様の材料を用いることができる。また、本実施の形態において、第２電極１１９を形成する場合、例えばリフトオフ法を用いて、開口部１１１の底面に相当する下部ミラー１０２の露出面から絶縁層１０６の上面に至るまでをカバーするようにパターニングを行なう。この後、第１の実施の形態の半導体装置１００の製造工程と同様に、第１電極１０７および第２電極１１９の表面を粗くする処理を行なう。以上の工程により、第２の実施の形態の半導体装置２００を形成することができる。
【００８０】
（デバイスの動作および作用効果）
本実施の形態の面発光型発光素子２００の動作は、第１の実施の形態の面発光型発光素子１００と基本的に同様であるため、説明は省略する。
【００８１】
また、本実施の形態に係る面発光型発光素子２００およびその製造方法は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００およびその製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。
【００８２】
さらに、本実施の形態に係る面発光型発光素子２００では、第１電極１０７と第２電極１１９とがいずれも、化合物半導体基板１０１の表面１０１ａの上方に形成されている。これにより、第１電極１０７および第２電極１１９の上にバンプを介して駆動素子等に実装することができる。これにより、ワイヤ等を介さずに素子を駆動させることができ、いわゆるフェイスダウン構造の実装を達成することができる。また、第１電極１０７および第２電極１１９は、同一面上に形成されている。このように、同一面上に複数のパッドが形成されていることにより、安定した実装が可能になる。
【００８３】
［第３の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１１は、本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００を模式的に示す断面図である。図１２は、本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００を模式的に示す平面図である。図１１は、図１２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、第１および第２の実施の形態と同様に、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【００８４】
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、柱状部１１３の上面からではなく、化合物半導体基板１０１の裏面１０１ｂから光が出射する点で、第１および第２の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００と異なる。
【００８５】
なお、本実施の形態に係る面発光型発光素子３００において、ここで指摘する点以外については、第２の実施の形態に係る面発光型発光素子１００とほぼ同様の構造を有する。第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００８６】
この面発光型発光素子３００に含まれる活性層１０３は、第１の実施の形態の欄で説明したように、ＡｌＧａＡｓ系の材料で形成されている。この活性層１０３よって得られるレーザ光の発振波長は７７０〜８７０ｎｍであり、この波長帯の光は、ＧａＡｓ基板からなる化合物半導体基板１０１により吸収されてしまう。このため、化合物半導体基板１０１には、化合物半導体基板１０１の裏面１０１ｂからレーザ光を取り出すための開口部１１３が形成されている。なお、開口部１１３を設けるかわりに、例えば、化合物半導体基板１０１そのものをＣＭＰ法等により薄膜化する方法や、ＧａＡｓ基板ではなく例えばＡｌＧａＡｓ基板等のようにどの波長帯の光も吸収しない基板を用いて化合物半導体基板１０１を形成する方法により、化合物半導体基板１０１の裏面１０１ｂからレーザ光を出射させることができる。また、活性層にＩｎＧａＡｓ系材料またはＧａＩｎＮＡｓ系材料を用いることにより、発振波長が９００ｎｍ以上のレーザ光を発生させる場合、ＧａＡｓ基板はこの波長帯域の光を吸収しない。したがって、この場合において、ＧａＡｓ基板からなる化合物半導体基板１０１を用いて面発光型発光素子を形成する場合、化合物半導体基板１０１の裏面を加工する必要はない。
【００８７】
この面発光型発光素子３００では、第１電極１１７は、柱状部１３０の上面全体を覆うように形成されている。一方、第２電極１１９は、第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００と同様に、化合物半導体基板１０１の表面１０１ａの上方に形成されている。
【００８８】
また、この面発光型発光素子３００では、化合物半導体基板１０１の表面１０１ａの上方に、第１電極１１７および第２電極１１９の２つのパッドが形成されている。開口部１１１は、図１１に示すように、少なくとも下部ミラー１０２まで到達するように形成されている。
【００８９】
第１電極１１７および第２電極１１９の表面の中心線粗さＲａは５．０×１０−３μｍ以上であることが望ましく、９．０×１０−３μｍ以上であることがより望ましい。
【００９０】
（デバイスの製造プロセス）
第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、化合物半導体基板１０１の裏面１０１ｂに開口部１１３を形成する点、および柱状部１３０の上面を全て覆うようにパターニングして第１電極１１７を形成する点以外は、第２の実施の形態の面発光型発光素子２００の製造工程と同様の製造工程を用いて形成される。開口部１１３は、第１および第２電極１１７，１１９を設置する前、あるいは後に、例えばウエットエッチング法を用いて形成することができる。
【００９１】
（デバイスの動作および作用効果）
本実施の形態の面発光型発光素子３００の動作は、化合物半導体基板１０１に設けられた開口部１１３の底面（出射面３０８）から、図１１に示す−Ｚ方向へと光が出射する点を除いて、第１の実施の形態の面発光型発光素子１００と基本的に同様である。このため、詳細な説明は省略する。
【００９２】
また、本実施の形態に係る面発光型発光素子３００およびその製造方法は、第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００およびその製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。さらに、本実施の形態に係る面発光型発光素子３００においては、第１および第２電極１１７，１１９の上にバンプを形成し、該バンプを介して、例えばＳｉ基板からなるＩＣ基板やガラス基板等の他の基板と接合することができる。この場合、バンプが形成される面と反対側の面（本実施の形態においては出射面３０８）からレーザ光を取り出すことができる。これにより、ＩＣ基板等の他の基板を、素子３００から出射されるレーザ光が該他の基板を透過可能か否かに関わらず、素子３００に接合して利用することができる。
【００９３】
［第４の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１３は、本発明を適用した第４の実施の形態に係る面発光型発光素子４００を模式的に示す断面図である。図１４は、本発明を適用した第４の実施の形態に係る面発光型発光素子４００を模式的に示す平面図である。図１３は、図１４のＢ−Ｂ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、面発光型発光素子として半導体発光ダイオードを用いた場合について説明する。
【００９４】
この実施の形態の面発光型発光素子４００は、図１３に示すように、例えばｎ型ＧａＡｓ基板からなる化合物半導体基板４０１と、化合物半導体基板４０１上に形成された発光素子部４３２とを含む。この面発光型発光素子４００においては、この発光素子部４３２によって光が発生する。
【００９５】
発光素子部４３２は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板からなる化合物半導体基板４０１上に形成され、ｎ型ＧａＡｓ層からなるバッファ層４２２、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層４２３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるクラッド層４２４、ＧａＡｓ層を少なくとも１層含み、発光層として機能する活性層４２５、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層からなるクラッド層４２６、およびｐ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層４２７が順次積層されて構成されている。
【００９６】
ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層４２３、不純物がドーピングされていない活性層４２５、およびｐ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層４２７により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００９７】
また、発光素子部４３２のうち出射面４０８側からコンタクト層４２３の途中にかけての部分が、出射面４０８側からから見て円形の形状にエッチングされて柱状部４３０が形成されている。本実施の形態においては、柱状部４３０とは、発光素子部４３２の一部を構成する柱状の半導体堆積体をいう。なお、柱状部４３０の平面形状は任意の形状をとることが可能である。
【００９８】
絶縁層４０６は、柱状部４３０の側面ならびにコンタクト層４２３の上面を覆うように形成されている。したがって、柱状部４３０の側面は絶縁層４０６で取り囲まれている。
【００９９】
さらに、柱状部４３０の上面から絶縁層４０６の表面にかけては、第１電極４０７が形成されている。柱状部４３０の上面には出射面４０８が設置されており、この出射面４０８から光が出射する。すなわち、柱状部４３０の上面のうち第１電極４０７で覆われていない部分が出射面４０８に該当する。また、絶縁層４０６の一部が除去されてコンタクト層４２３が露出しており、この露出したコンタクト層４２３の表面に接触する形で第２電極４１９が形成されている。
【０１００】
絶縁層４０６、ならびに第１および第２電極４０７，４１９としては、前述した第１の実施の形態の面発光型発光素子１００を構成する絶縁層１０６、ならびに第１および第２電極１０７，１０９と同様の材料を用いて形成することができる。
【０１０１】
第１電極４０７および第２電極４１９の表面の中心線粗さＲａは５．０×１０−３μｍ以上であることが望ましく、９．０×１０−２μｍ以上であることがより望ましい。
【０１０２】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子４００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記ＬＥＤの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【０１０３】
まず、第１電極４０７と第２電極４１９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層４２５において、電子と正孔との再結合が起こり、係る再結合による発光が生じる。この光は、柱状部４３０上面にある出射面４０８から出射する。
【０１０４】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第４の実施の形態に係る面発光型発光素子４００の製造方法の一例について説明する。この面発光型発光素子４００は、前述の第１の実施の形態の面発光型発光素子１００と類似する工程にて形成することができる。
【０１０５】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１の表面に、ｎ型ＧａＡｓ層からなるバッファ層４２２、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層４２３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるクラッド層４２４、ＧａＡｓ層を少なくとも１層含み、発光層として機能する活性層４２５、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層からなるクラッド層４２６、およびｐ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層４２７からなる多層膜（図示せず）を結晶成長させる。結晶成長の方法としては、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法が例示できる。この際、ｎ型の層を形成する際には例えばＳｉを、ｐ型の層を形成する際には例えばＣをそれぞれドープする。あるいは、ｎ型の層を形成する際にＳｅを、ｐ型の層を形成する際にはＺｎを用いてドープすることもできる。
【０１０６】
次いで、例えばドライエッチング法により、ｐ型コンタクト層４２７からｎ型コンタクト層４２３の途中にかけてエッチングを行ない、柱状部４３０を形成する。
【０１０７】
（２）続いて、柱状部４３０の周囲に絶縁層４０６を形成する。この絶縁層４０６は、第１の実施形態における絶縁層１０６と同様の工程にて形成することができる。なお、この工程において、第２電極４１９をコンタクト層４２３の上に形成するために、絶縁層４０６をコンタクト層４２３の一部が露出する形状に形成する。
【０１０８】
（３）次いで、例えば真空蒸着法により、第１および第２電極４０７，４１９を形成する。また、この工程において、柱状部４３０の上面に出射面４０８が形成される。なお、この工程においては、リフトオフ法を用いて所望の表面形状を得ることができる。あるいは、ドライエッチング法を用いて第１および第２電極４０７，４１９を形成してもよい。これらの電極を形成後、アニール処理を行ない、オーミックコンタクトを形成する。
【０１０９】
（４）第１および第２電極４０７，４１９の表面を粗くする処理を行なう。この処理は、第１の実施の形態の欄で説明した方法と同様の方法を用いることができる。この工程により、第１および第２電極４０７，４１９の表面の中心線平均粗さＲａを５．０×１０−３μｍ以上にする。
【０１１０】
以上の工程により、図１３および図１４に示す面発光型発光素子４００が得られる。
【０１１１】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子４００およびその製造方法は、第１および第２の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００およびその製造方法と実質的に同じ作用および効果を有するため、説明は省略する。
【０１１２】
［第５の実施の形態］
図１５は、本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子の実装構造を模式的に説明する図である。
【０１１３】
本実施の形態の面発光型発光素子の実装構造として、構造体１３００を図１５に示す。この構造体１３００においては、第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００と基板９００とが、バンプ９１０を介して電気的に接続されている。すなわち、面発光型発光素子２００と基板９００とがいわゆるフェースダウン構造を構成する。
【０１１４】
基板９００は、面発光型発光素子２００から出射した光を通過させる性質を有する材質からなる。例えば、基板９００としてガラス基板を用いることができる。この基板９００には、ＭＯＳＦＥＴ回路等の電子回路９１４が搭載されている。この電子回路９１４は、面発光型発光素子２００を駆動させるために基板９００に搭載されている。基板９００にはパッド９１８が形成され、このパッド９１８上にバンプ９１６が形成されている。具体的には、この電子回路９１４は、面発光型発光素子２００から出射される光の伝播を妨げないような位置に形成される。例えば、図１５に示すように、電子回路９１４は、面発光型発光素子２００と同様に、フリップチップボンディングによって基板９００に搭載されている。すなわち、電子回路９１４の表面に形成されたパッド９１７と、基板９００のパッド９１８とが、バンプ９１６を介して電気的に接続されている。面発光型発光素子２００の電極と電子回路９１４の電極とは配線パターン（図示せず）によって電気的に接続されている。
【０１１５】
また、基板９００には、面発光型発光素子２００の第１および第２電極１１７，１１９に対応する位置にパッド９１２が予め設置されている。また、この基板９００には、金属配線パターン（図示せず）が施されており、この金属配線とパッド９１２が電気的に接続されている。
【０１１６】
面発光型発光素子２００の第１および第２電極１１７，１１９は、バンプ９１０によって基板９００のパッド９１２と電気的に接続されている。
【０１１７】
また、バンプ９１０は、金、金合金、Ｐｄ、Ａｌ、Ｃｕ等から形成することができる。また、面発光型発光素子２００の第１および第２電極１１７，１１９の最表面は金で形成されている。この場合、バンプ９１０は金からなるのが好ましい。このように、最表面が金で形成されている第１および第２電極１１７，１１９の上に、金からなるバンプ９１０が形成されていることにより、これらの電極１１７，１１９とバンプ９１０との密着性を高めることができる。
【０１１８】
構造体１３００においては、電子回路９１４からの信号によって、パッド９１２を通じて、面発光型発光素子２００に対して電流が注入される。この電流の注入によって、面発光型発光素子２００が駆動する。その結果、出射面１０８からレーザ光が出射される。このレーザ光は基板９００を通過して、図１５に示す矢印の方向へと伝播する。
【０１１９】
［第６の実施の形態］
図１６は、本発明を適用した第６の実施の形態に係る面発光型発光素子の実装構造を模式的に説明する図である。
【０１２０】
本実施の形態の面発光型発光素子の実装構造として、構造体１４００を図１６に示す。この構造体１４００においては、第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００と、例えばＳｉ基板からなる基板９０２とが、バンプ９１０を介して電気的に接続されている。すなわち、面発光型発光素子３００と基板９０２とがいわゆるフェースダウン構造を構成する。また、レーザ光は、面発光型発光素子３００の出射面３０８から出射される。前述した第５の実施の形態の構造体１３００では、基板９００は面発光型発光素子２００から出射した光を通過する材質から形成されているのに対し、構造体１４００においては、図１６に示すように、面発光型発光素子３００が基板１０１の裏面１０１ｂから光を出射するため、基板９０２の材質は特に限定されない。また、構造体１４００においては、前述した第５の実施の形態の構造体１３００とは異なり、基板９０２に電子回路９１４が組み込まれている。すなわち、構造体１４００においては、基板９０２がＳｉ基板からなる場合、電子回路１４００を基板９０２に組み込むことができるため、電子回路を別途実装する必要がない。
【０１２１】
この他の構成は、第５の実施の形態の面発光方発光素子の実装構造と同様であるため、詳しい説明は省略する。
【０１２２】
［第７の実施の形態］
図１７は、本発明を適用した第７の実施の形態に係る光モジュールを模式的に説明する図である。本実施の形態に係る光モジュールは、構造体１０００（図１７参照）を含む。この構造体１０００は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００（図１参照）、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０およびアクチュエータ１１５０を有する。また、この構造体１０００は、第２の光導波路１３０２を有する。第２の光導波路１３０２は、基板１３０８の一部をなす。第２の光導波路１３０２には、接続用光導波路１３０４を光学的に接続してもよい。接続用光導波路１３０４は、光ファイバであってもよい。また、プラットフォーム１１２０は、樹脂１３０６によって基板１３０８に固定されている。
【０１２３】
本実施の形態の光モジュールでは、面発光型発光素子１００（出射面１０８・図１参照）から光が出射した後、第１および第２の光導波路１１３０，１３０２（および接続用光導波路１３０４）を通して、受光素子（図示せず）にこの光が受光される。
【０１２４】
［第８の実施の形態］
図１８は、本発明を適用した第８の実施の形態に係る光伝達装置を説明する図である。本実施の形態では、第１の光導波路１１３０と受光素子２１０との間に、複数の第３の光導波路１２３０，１３１０，１３１２を有する。また、本実施の形態に係る光伝達装置は、複数（２つ）の基板１３１４，１３１６を有する。
【０１２５】
本実施の形態では、面発光型発光素子１００側の構成（面発光型発光素子１００、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０、第２の光導波路１３１８、アクチュエータ１１５０を含む。）と、受光素子２１０側の構成（受光素子２１０、プラットフォーム１２２０、第３の光導波路１２３０，１３１０を含む。）との間に、第３の光導波路１３１２が配置されている。第３の光導波路１３１２として、光ファイバなどを使用して、複数の電子機器間の光伝達を行なうことができる。
【０１２６】
例えば、図１９において、光伝達装置１１００は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器１１０２を相互に接続するものである。電子機器１１０２は、情報通信機器であってもよい。光伝達装置１１００は、光ファイバ等の第３の光導波路１３１２を含むケーブル１１０４を有する。光伝達装置１１００は、ケーブル１１０４の両端にプラグ１１０６が設けられたものであってもよい。それぞれのプラグ１１０６内に、面発光型発光素子１００，受光素子２１０側の構成が設けられる。いずれかの電子機器１１０２から出力された電気信号は、発光素子によって光信号に変換され、光信号はケーブル１１０４を伝わり、受光素子によって電気信号に変換される。電気信号は、他の電子機器１１０２に入力される。こうして、本実施の形態に係る光伝達装置１１００によれば、光信号によって、電子機器１１０２の情報伝達を行なうことができる。
【０１２７】
図２０は、本発明を適用した実施の形態に係る光伝達装置の使用形態を示す図である。光伝達装置１１１０は、電子機器１１１２間を接続する。電子機器１１１２として、液晶表示モニター又はディジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ディジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　Ｓａｌｅ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ）用）、ビデオ、チューナー、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
【０１２８】
なお、図１９および図２０に示す光伝達装置において、面発光型発光素子１００のかわりに、面発光型発光素子２００（図９参照），３００（図１１参照），４００（図１３参照）を用いた場合でも、同様の作用および効果を奏することができる。
【０１２９】
［第９の実施の形態］
図２１は、本発明を適用した第９の実施の形態に係る光モジュールを模式的に説明する図である。本実施の形態に係る光モジュールは、構造体１００１（図２１参照）を含む。この構造体１００１は、第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００（図１参照）、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０およびアクチュエータ１１５０を有する。また、この構造体１００１は、第５の実施の形態の構造体１３００と同様の構造を含む。すなわち、面発光型発光素子２００は、バンプ９１０を介して、例えばガラス等からなる基板９００上に設置されている。この基板９００にはさらに、駆動用ＩＣ１１１４が設置されている。この他の構成は、第７の実施の形態の光モジュールとほぼ同様であるため、詳しい説明は省略する。
【０１３０】
本実施の形態の光モジュールでは、面発光型発光素子２００（出射面１０８・図９参照）から光が出射した後、基板９００を通過してから第１の光導波路１１３０へと入射し、さらに第２の光導波路１３０２（および接続用光導波路１３０４）を通して、受光素子（図示せず）にこの光が受光される。
【０１３１】
図２２に、図２１に示す構造体１００１を適用した光伝達装置を示す。図２２に示す光伝達装置では、第８の実施の形態に係る光伝達装置（図１８参照）と同様に、第１の光導波路１１３０と受光素子２１０との間に、複数の第３の光導波路１２３０，１３１０，１３１２を有し、複数（２つ）の基板１３１４，１３１６を有する。なお、図２２に示す光伝達装置は、図１８に示す光伝達装置と同様の作用効果を有するため、詳しい説明は省略する。
【０１３２】
［第１０の実施の形態］
図２３は、本発明を適用した第１０の実施の形態に係る光伝達装置を説明する図である。本実施の形態では、光伝達装置がＩＣチップ間光インターコネクション装置２０００である場合を例にとり説明する。
【０１３３】
（デバイスの構造）
本実施の形態の光インターコネクション装置２０００は、複数のＩＣチップが積層されて形成されている。本実施の形態の光インターコネクション装置２０００では、図２３に示すように、ＩＣチップが２つ積層されている例を示したが、積層されるＩＣチップの数はこれに限定されるわけではない。
【０１３４】
この光インターコネクション装置２０００は、積層されたＩＣチップ５０１，５０２間でレーザ光５２１，５２２が伝送され、データのやり取りが行われる。ＩＣチップ５０１，５０２はそれぞれ、基板（例えばシリコン基板）５１１，５１２と、この基板５１１，５１２にそれぞれ形成されたＩＣ領域５３１，５３２とを含む。ＩＣチップ５０１，５０２としては、ＣＰＵやメモリ、ＡＳＩＣなどの各種のＩＣが例示できる。
【０１３５】
ＩＣチップ５０１においては、基板５１１上に、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００および光検出器５４１が設置されている。同様に、ＩＣチップ５０２においては、基板５１２上に、第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００および光検出器５４２が設置されている。なお、本実施の形態においては、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００を基板５１１に設置し、第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００を基板５１２上に設置した場合について示したが、面発光型発光素子１００，３００の一方および両方について、第２および第４の面発光型発光素子２００，４００をかわりに設置することもできる。
【０１３６】
（デバイスの動作）
次に、この光インターコネクション装置２０００の動作について、図２３を参照して説明する。
【０１３７】
この光インターコネクション装置２０００において、ＩＣチップ５０１のＩＣ領域５３１で電気的に処理された信号は、面発光型発光素子１００の共振器１３０（図１参照；図２３では図示せず）でレーザ光パルス信号に変換された後、ＩＣチップ５０２の光検出器５４２へと送られる。光検出器５４２は、受信したレーザ光パルスを電気信号へと変換してＩＣ領域５３２へ送る。
【０１３８】
一方、ＩＣチップ５０２に形成された面発光型発光素子３００から光検出器５４１へとレーザ光を送る場合も同様に動作する。すなわち、この光インターコネクション装置２０００において、ＩＣチップ５０２のＩＣ領域５３２で電気的に処理された信号は、面発光型発光素子３００の共振器１３０（図１３参照；図２３では図示せず）でレーザ光パルス信号に変換された後、ＩＣチップ５０１の光検出器５４１へと送られる。光検出器５４１は、受信したレーザ光パルスを電気信号へと変換してＩＣ領域５３１へ送る。こうしてＩＣチップ５０１、５０２はレーザ光を介してデータのやり取りを行なう。
【０１３９】
なお、基板５１１，５１２がシリコン基板からなる場合、面発光型発光素子１００〜３００の共振器の発振波長または面発光型発光素子４００の発光波長を１．１μｍ以上にすることにより、面発光型発光素子から出射する光が基板（シリコン基板）５１１，５１２を通過することができる。
【０１４０】
ところで、処理速度の高速化および高周波化に伴い、電気的接続によるＩＣチップ間の信号伝送においては一般に、次のような課題が生じるようになる。
・配線間の信号伝達タイミングのズレ（スキュー）が発生する
・高周波電気信号の伝送における消費電力が増大する
・配線レイアウトの設計が困難になる
・インピーダンスのマッチングが必要となる
・アースノイズ遮断対策が必要となる
これに対して、本実施の形態の光インターコネクション装置２０００のように、ＩＣチップ間の信号伝送を光信号で行なうことにより、上記課題を解決することができる。
【０１４１】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【０１４２】
例えば、上記実施の形態では、柱状部を一つ有する面発光型発光素子について説明したが、基板面内で柱状部が複数個設けられていても本発明の形態は損なわれない。また、複数の面発光型発光素子がアレイ化されている場合でも、同様の作用および効果を有する。
【０１４３】
また、例えば、上記実施の形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系の半導体材料を用いることも可能である。
【０１４４】
さらに、上記実施形態では、化合物半導体基板としてＧａＡｓ基板を用いた場合を示したが、他の基板、例えば、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＰ基板、ＺｎＳｅ基板、ＺｎＳ基板、ＣｄＴｅ基板、ＺｎＴｅ基板、ＣｄＳ基板等の化合物半導体基板を用いることもできる（御確認願います）。
【０１４５】
［実験例］
次に、本発明の一実験例について説明する。本実験例では、本発明の面発光型発光素子のパッドに表面処理を行なって、中心線平均租さＲａを所定の値に形成した。具体的には、前述した第１の実施の形態の面発光型発光素子１００の第１電極１０７に対して表面処理を行ない、第１電極１０７の表面の中心線平均租さＲａが表１に示す値となるように形成した。この場合において、第１電極１０７上に金バンプを形成した際の第１電極１０７と金バンプとの密着性を測定した。なお、用いた第１電極１０７の膜厚は３５０ｎｍであり、そのうち最表面の金層の膜厚は２００ｎｍであった。
【０１４６】
第１電極１０７の表面の中心線平均粗さＲａはプラズマ照射エネルギーを変えることで調整した。また、表面処理はアルゴンを主成分としたプラズマを第１電極１０７の表面に照射することにより行なった。その結果を表１に示す。表１においては、パワー５０Ｗのプラズマを３分間照射した実験例とともに、プラズマを照射していない比較例１と、パワー１０Ｗのプラズマを３分間照射した比較例２との実験結果を併記している。
【０１４７】
また、実験例、比較例１および比較例２における第１電極１０７の表面におけるＡＦＭ（ａｔｏｍｉｃ　ｆｏｒｃｅ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）測定の結果を図２４〜図２６に示す。図２４は実験例（Ｒａが９．４×１０−３μｍの場合）、図２５は比較例１（Ｒａが１．６×１０−３μｍの場合）、図２６は比較例２（Ｒａが４．１×１０−３μｍの場合）における、第１電極１０７の表面をそれぞれ示す顕微鏡写真である。また、表１の「条件１」および「条件２」それぞれにおける過重、温度および超音波出力の各条件を表２に示す。
【０１４８】
また、表１における各パラメータは、以下の通りである。
【０１４９】
（ａ）中心線平均粗さ（Ｒａ）
Ｒａの定義は、課題を解決するための手段の欄で説明した通りである。なお、本実験例では、ＲａはＪＩＳ（Ｂ０６０１−１９９４改正）に準拠して測定および算出を行なった。
【０１５０】
（ｂ）形成歩留まり
形成歩留まりとは、第１電極１０７の上に金バンプを設置した場合に、第１電極１０７上に金バンプが良好に形成できたものの占める割合である。すなわち、「形成歩留まり（％）＝金バンプが第１電極１０７上に良好に形成されたサンプル数／全サンプル数×１００」である。
【０１５１】
ここで、第１電極１０７の上に金バンプ１８０を設置する方法を以下に示す。この金バンプ１８０は、金ワイヤ１８６でボールを形成した後、第１電極１０７上にボールボンディングし、次いで金ワイヤ１８６を、超音波を印加して切断することにより設置される。
【０１５２】
まず、図２７（ａ）に示すように、ステージ（図示せず）上に面発光型発光素子１００を設置した後、キャピラリ１８２を第１電極１０７の上方に配置する。このキャピラリ１８２は中央に開孔１８３を有し、この開孔１８３の先端近傍にはヒータ（図示せず）が設置されている。このヒータにより金がスパークされて球状となり、金ボール１８４が形成される。
【０１５３】
次いで、図２７（ｂ）に示すように、キャピラリ１８２によって金ボール１８４を第１電極１０７上に押圧して金ボール１８４を変形させる。これにより、金ボール１８４を第１電極１０７上に接合させる。
【０１５４】
続いて、図２７（ｃ）に示すように、キャピラリ１８２を動かして金ワイヤ１８６を破断させ、第１電極１０７上に金バンプ１８０を形成する。ここで、金ワイヤ１８６を破断させる際に超音波を印加すると、金ボール１８４と金ワイヤ１８６の接続部分に超音波が集中するため、金ワイヤ１８６の付け根で金ボール１８４を切断することができる。
【０１５５】
前述した金バンプ１８０の形成工程のうち、金ワイヤ１８６を破断する工程（図２７（ｃ）参照）において、超音波を印加しない場合あるいは超音波の出力が弱い場合、金ワイヤ１８６が途中で切れてしまったり、金ワイヤ１８６が切れずに金ボール１８４が第１電極１０７から剥れたりすることがある。一方、超音波の出力が大きすぎる場合、超音波によって基板にクラックが生じることがある。この原因として、面発光型発光素子１００が化合物半導体基板（ＧａＡｓ基板１０１）からなり、化合物半導体基板の強度が、シリコン基板やサファイア基板等の他の基板の強度と比較して小さいことが挙げられる。したがって、第１電極１０７の表面のＲａの値を調整することによって、金バンプ１８０と第１電極１０７との密着性が十分得られ、かつ基板に影響を及ぼさない程度の出力の超音波で金ワイヤ１８６を破断して、第１電極１０７上に金バンプ１８０を形成することができる。
【０１５６】
（ｃ）シェア強度
第１電極１０７の上に形成された金バンプ１８０（図２７（ｃ）参照）の側面から過重を徐々にかけていき、金バンプ１８０が脱離したときの過重をシェア強度とした。したがって、シェア強度が大きいほど強固な密着性を有するといえる。
【０１５７】
【表１】

Figure 2004014993
【０１５８】
【表２】
Figure 2004014993
【０１５９】
実験例および比較例１，２における、第１電極１０７の表面のＲａと形成歩留まりとの関係を図２８に示す。なお、図２８において、「○」は条件１における値を、「△」は条件２における値をそれぞれ示している。図２８によれば、条件１および２のいずれにおいても、Ｒａが５．０μｍ以上である場合、ほぼ１００％の形成歩留まりが得られると推測される。
【０１６０】
本実験例によれば、比較例１および２では、条件１および条件２のいずれの場合においても、形成歩留まりおよびシェア強度のいずれにおいても十分な値が得られなかった。これに対し、実験例では、条件１および条件２のいずれの場合においても、形成歩留まりが良好で、かつ十分なシェア強度が得られた。
【０１６１】
また、表１に示す結果より、Ｒａが大きいほどシェア強度が大きくなり、第１電極１０７と金バンプ１８０との間の密着性が高くなるという結果が得られた。特に、表１に示す実験例の結果から、Ｒａが９．０×１０−３μｍである場合、シェア強度がさらに改善され、第１電極１０７と金バンプ１８０との間の密着性が非常に高いと推測される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図３】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図８】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図１１】本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図１３】本発明を適用した第４の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明を適用した第４の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図１５】本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子の実装構造を模式的に示す断面図である。
【図１６】本発明を適用した第６の実施の形態に係る面発光型発光素子の実装構造を模式的に示す断面図である。
【図１７】本発明を適用した第７の実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図である。
【図１８】本発明を適用した第８の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図１９】本発明を適用した第８の実施の形態に係る光伝達装置の使用形態を示す図である。
【図２０】本発明を適用した第８の実施の形態に係る光伝達装置の使用形態を示す図である。
【図２１】本発明を適用した第９の実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図である。
【図２２】本発明を適用した第９の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図２３】本発明を適用した第１０の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図２４】本発明を適用した一実験例におけるパッドのＡＦＭ写真である。
【図２５】比較例１におけるパッドのＡＦＭ写真である。
【図２６】比較例２におけるパッドのＡＦＭ写真である。
【図２７】図２７（ａ）〜図２７（ｃ）は、本発明を適用した一実験例における金バンプの形成方法を説明する図である。
【図２８】実験例および比較例１，２における、第１電極の表面のＲａの値と、形成歩留まりの値との関係を示す図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００　面発光型発光素子
１０１　化合物半導体基板
１０１ａ　半導体基板の表面
１０１ｂ　半導体基板の裏面
１０２　下部ミラー
１０３，４２５　活性層
１０４　上部ミラー
１０５　酸化狭窄層
１０６，４０６　絶縁層
１０７，１１７，４０７　第１電極
１０８，３０８，４０８　出射面
１０９，１１９，４１９　第２電極
１１０　パッド
１１１　開口部
１１２　プラズマ
１１３　開口部
１３０，４３０　柱状部
１３０ａ　柱状部１３０の上面
１３２，２３２，３３２，４３２　発光素子部
１４０　共振器
１５０　半導体多層膜
１８０　金バンプ
１８２　キャピラリ
１８３　開孔
１８４　金ボール
１８６　金ワイヤ
２１０　受光素子
４０１　化合物半導体基板
４０１ａ　化合物半導体基板の表面
４０１ｂ　化合物半導体基板の裏面
４２２　バッファ層
４２３　コンタクト層
４２４　クラッド層
４２６　クラッド層
４２７　コンタクト層
５０１，５０２　ＩＣチップ
５１１，５１２　基板
５２１，５２２　レーザ光
５３１，５３２　ＩＣ領域
５４１，５４２　光検出器
９００，９０２　基板
９１０，９１６　バンプ
９１２，９１７，９１８　パッド
９１４　電子回路
１０００，１３００　構造体
１１００，１１１０　光伝達装置
１１１０，１１１２　電子機器
１１０４　ケーブル
１１０６　プラグ
１１１４　駆動用ＩＣ
１１２０，１２２０　プラットフォーム
１１３０　第１の光導波路
１１５０　アクチュエータ
１１５２　クッション
１１５４　エネルギー供給源
１２３０，１３１０，１３１２　第３の光導波路
１３０２，１３１８　第２の光導波路
１３０４　接続用光導波路
１３０６　樹脂
１３０８　基板
１３１４，１３１６　基板
２０００　光インターコネクション装置
Ｒ１００　レジスト層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface emitting light emitting device and a method of manufacturing the same, a mounting structure of the surface emitting light emitting device, and an optical module and a light transmission device including the surface emitting light emitting device.
[0002]
[Background Art]
2. Description of the Related Art Surface-emitting type light-emitting elements represented by surface-emitting type semiconductor lasers are greatly expected as light sources for optical communication, optical calculation, and various sensors. This surface-emitting type light emitting element has a feature of emitting light in a direction perpendicular to the substrate. Utilizing this feature, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-283486 discloses a method of directly bonding another substrate and a surface-emitting type semiconductor laser using solder bumps.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Generally, when a bump is formed on a metal pad provided on a surface-emitting type light emitting element, bonding is performed by applying ultrasonic waves while applying a certain amount of weight. Many surface-emitting light-emitting elements are formed by stacking a compound semiconductor layer on a compound semiconductor substrate. However, compound semiconductor substrates generally have lower strength than silicon substrates and sapphire substrates. Therefore, when a bump is formed on a pad provided on such an element, the substrate may be cracked due to excessive weight and ultrasonic waves applied to the compound semiconductor substrate. On the other hand, when the overload and the ultrasonic wave applied to the substrate during the formation of the bump are reduced to avoid such damage to the compound semiconductor substrate, the problem that the bump does not sufficiently adhere to the pad occurs. There is.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a surface-emitting type light-emitting element in which bumps can be easily formed and the yield is good, and a method for manufacturing the same.
[0005]
Another object of the present invention is to provide a mounting structure of the surface emitting light emitting device.
[0006]
Still another object of the present invention is to provide an optical module and a light transmission device including the above-described surface-emitting type light emitting element.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(Surface emitting type light emitting element)
The surface emitting light emitting device of the present invention is
Including a light emitting element portion formed on a compound semiconductor substrate, a surface emitting light emitting element capable of emitting light in a direction perpendicular to the substrate,
Including at least one pad,
The center line average roughness (Ra) of the surface of the pad is 5.0 × 10 -3 μm or more.
[0008]
Here, the “arithmetic average roughness” of the surface of the pad refers to an arbitrary point (measurement point) on the surface of the pad that points to a predetermined center line. A value obtained by measuring a height difference (absolute value) and dividing the sum of the height differences by the number of measurement points.
[0009]
The center line average roughness Ra of the surface of the pad is 5.0 × 10 -3 When the thickness is less than μm, when a bump is formed on the pad, an area that effectively contributes to the bonding between the surface of the pad and the bump is small, so that sufficient bonding strength may not be secured.
[0010]
On the other hand, the center line average roughness Ra of the surface of the pad is 5.0 × 10 -3 When it is not less than μm, a sufficient bonding area is obtained at a bonding portion between the bump electrode and the bump to ensure a good bonding state. For this reason, sufficient joining strength can be ensured at the joining portion.
[0011]
According to the surface emitting type light emitting device of the present invention, when forming a bump on the pad, a contact area between the bump and the pad can be ensured, and the surface roughness of the pad allows The bump can be fixed on the pad. As described above, the adhesion between the pad and the bump can be improved. Therefore, the load applied to the pad at the time of forming the bump can be reduced, so that the load applied to the compound semiconductor substrate can be reduced.
[0012]
The surface emitting type light emitting device of the present invention can have the following aspects (1) to (6).
[0013]
(1) A plurality of pads may be included, and at least one of the plurality of pads may be an electrode for injecting a current into the light emitting element unit. According to this configuration, when the bump is connected to the pad, which is the electrode, the adhesion between the pad and the bump can be increased, so that the contact resistance can be reduced.
[0014]
In this case, at least two of the plurality of pads can be formed on the same surface. Since a plurality of pads are formed on the same surface, stable mounting is possible. Further, in this case, two of the plurality of pads are a pair of electrodes for injecting a current into the light emitting element portion, and both of the two pads forming the pair of electrodes are the compound semiconductor. Can be installed above the substrate surface. Here, "installed above the compound semiconductor substrate surface" means not only a case where the device is directly installed on the compound semiconductor substrate surface but also a case where the device is installed via another layer on the compound semiconductor substrate surface. including. The “surface of the compound semiconductor substrate” refers to a surface of the compound semiconductor substrate on which the light emitting element section is formed. According to this configuration, the element can be driven without using a wire or the like, and a so-called face-down structure can be implemented.
[0015]
(2) At least a part of the pad can be formed on an insulating layer. In this case, the insulating layer may be made of a polyimide resin.
[0016]
(3) The outermost surface of the pad can be formed of gold. Thereby, the influence of the natural oxide film can be suppressed as much as possible.
[0017]
(4) Light can be emitted from the back surface of the compound semiconductor substrate. Here, the “back surface of the compound semiconductor substrate” refers to a surface opposite to the surface of the compound semiconductor substrate.
[0018]
(5) The surface emitting light emitting device may be a surface emitting semiconductor laser.
[0019]
In this case, the light emitting element unit of the surface emitting semiconductor laser includes a resonator having a columnar portion formed at least in part, and an insulating layer covering a side surface of the columnar portion,
The surface emitting semiconductor laser further includes a plurality of the pads, at least one of the plurality of pads is the electrode,
At least a part of the electrode can be formed on the insulating layer.
[0020]
Further, in this case, two of the plurality of pads are a pair of electrodes for injecting a current into the light emitting element portion, and at least a part of the two pads forming the pair of electrodes is electrically connected to the insulating pad. It can be formed on a layer.
[0021]
(6) The surface emitting type light emitting element may be a semiconductor light emitting diode.
[0022]
In this case, the light-emitting element portion included in the semiconductor light-emitting diode includes a columnar portion including at least a part of an active layer, and an insulating layer covering a side surface of the columnar portion,
The semiconductor light emitting diode further includes a plurality of the pads, at least one of the plurality of pads is the electrode,
At least a part of the electrode can be formed on the insulating layer.
[0023]
(Method for manufacturing surface-emitting type light-emitting element)
The method for manufacturing a surface-emitting light-emitting element of the present invention includes a light-emitting element portion formed on a compound semiconductor substrate, and is a method for manufacturing a surface-emitting light-emitting element capable of emitting light in a direction perpendicular to the substrate.
(A) forming the light emitting element on the substrate;
(B) forming at least one pad;
(C) The pad is subjected to a surface treatment so that the center line average roughness (Ra) of the pad surface is 5.0 × 10 -3 μm or more.
[0024]
According to the method of manufacturing a surface emitting light emitting device of the present invention, when a bump is formed on the pad, the adhesion between the pad and the pad can be improved.
[0025]
In this case, in (c), the surface treatment can be irradiation of the pad with plasma or an ion beam. Alternatively, in (c), the surface treatment may be a wet treatment for the pad. According to this method, the surface of the pad can be roughened without damaging the compound semiconductor substrate.
[0026]
(Mounting structure of surface emitting type light emitting element)
The mounting structure of the surface emitting light emitting device of the present invention includes the above surface emitting light emitting device of the present invention, a substrate on which connection pads are formed, and electrically connecting the substrate and the surface emitting light emitting device. Bumps.
[0027]
In this case, an electronic circuit can be further mounted on the substrate on which the connection pads are formed. The electronic circuit is provided to drive the surface emitting light emitting device or to send a signal to the surface emitting light emitting device.
[0028]
In this case, the bumps may be made of gold.
[0029]
(Optical module and optical transmission device)
The present invention can be applied to an optical module including the surface emitting light emitting device of the present invention and an optical waveguide. Further, the present invention can be applied to an optical transmission device including the optical module.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
[First Embodiment]
(Device structure)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a surface-emitting light emitting device 100 according to a first embodiment to which the present invention is applied. FIG. 2 is a plan view schematically showing the surface-emitting light emitting device 100 according to the first embodiment to which the present invention is applied. FIG. 1 is a diagram showing a cross section taken along line AA of FIG. In this embodiment, a case where a surface emitting semiconductor laser is used as a surface emitting light emitting element will be described. In this case, the feature of the surface emitting laser that can be driven at higher speed can be utilized.
[0032]
As shown in FIG. 1, the surface-emitting light emitting device 100 of the present embodiment includes a compound semiconductor substrate (an n-type GaAs substrate in the present embodiment) 101 and a light emitting element portion 132 formed on the compound semiconductor substrate 101. including.
[0033]
In the surface-emitting type light emitting device 100, as shown in FIG. 1, two pads of a first electrode 107 and a pad 110 are formed above a surface 101a of a compound semiconductor substrate 101. Here, the “surface 101a of the compound semiconductor substrate 101” refers to the surface of the compound semiconductor substrate 101 on which the light emitting element portion is formed.
[0034]
The center line roughness Ra of the surface of the first electrode 107 and the pad 110 is 5.0 × 10 -3 μm or more, preferably 9.0 × 10 -3 More preferably, it is not less than μm. Ra is 5.0 × 10 -3 When the thickness is less than μm, when a bump is formed on the first electrode 107 or the pad 110, sufficient adhesion to the bump cannot be obtained, so that the bump may not be provided on the pad 110 in some cases. Ra is 9.0 × 10 -3 If it is at least μm, the shear strength (described later) will be further improved, and stronger adhesion between the bump and the pad 110 will be obtained.
[0035]
The first electrode 107 and the pad 110 can be formed from the same material. For example, the outermost surfaces of the first electrode 107 and the pad 110 can be formed of gold. In this case, by forming a bump made of gold on the first electrode 107 or the pad 110, the adhesion between the pad and the bump can be increased. Further, according to this configuration, since the outermost surfaces of the first electrode 107 and the pad 110 are formed of gold, the influence of the natural oxide film can be suppressed as much as possible, and stronger adhesion can be ensured. it can.
[0036]
Further, the first electrode 107 has a function of injecting a current into the surface-emitting light emitting element 100 together with a second electrode 109 described later.
[0037]
Next, each component of the surface-emitting type light emitting device 100 will be described.
[0038]
The light emitting element section 132 includes a vertical resonator (hereinafter referred to as “resonator”) 140 formed on the compound semiconductor substrate 101. The resonator 140 includes a columnar semiconductor deposit (hereinafter referred to as a “columnar portion”) 130, and the side surface of the columnar portion 130 is covered with the insulating layer 106.
[0039]
The columnar portion 130 is formed in the resonator 140. Here, the columnar portion 130 is a part of the resonator 140 and refers to a columnar semiconductor deposit including at least the upper mirror 104. This columnar portion 130 is embedded with the insulating layer 106. That is, the side surface of the columnar portion 130 is surrounded by the insulating layer 106. Further, a first electrode 107 is formed on the columnar section 130.
[0040]
The resonator 140 is, for example, an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and n-type Al 0.15 Ga 0.85 40 pairs of distributed reflection type multilayer mirrors (hereinafter referred to as “lower mirrors”) 102 in which As layers are alternately stacked, a GaAs well layer and an Al 0.3 Ga 0.7 An active layer 103 composed of an As barrier layer, including a quantum well structure having three well layers, and p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and p-type Al 0.15 Ga 0.85 25 pairs of distributed reflection type multilayer mirrors (hereinafter, referred to as “upper mirrors”) 104 in which As layers are alternately stacked are sequentially stacked. The composition and the number of layers constituting the lower mirror 102, the active layer 103, and the upper mirror 104 are not limited thereto.
[0041]
The upper mirror 104 is made p-type by doping C, for example, and the lower mirror 102 is made n-type by doping Si, for example. Therefore, a pin diode is formed by the upper mirror 104, the active layer 103 not doped with impurities, and the lower mirror 102.
[0042]
Further, a portion of the resonator 140 from the laser light emission side of the surface-emitting type light emitting element 100 to the middle of the lower mirror 102 is etched into a circular shape when viewed from the laser light emission side to form the columnar portion 130. ing. In the present embodiment, the planar shape of the columnar portion 130 is circular, but the shape can be any shape.
[0043]
Further, a current confinement layer 105 made of aluminum oxide can be formed in a region near the active layer 103 among the layers constituting the upper mirror 104. The current confinement layer 105 is formed in a ring shape. That is, the current confinement layer 105 has a concentric cross section when cut along a plane parallel to the XY plane in FIG.
[0044]
Further, in the surface-emitting light emitting device 100 according to the present embodiment, the insulating layer 106 is formed so as to cover the side surface of the columnar portion 130 and the upper surface of the lower mirror 102.
[0045]
In the manufacturing process of the surface-emitting light emitting device 100, after forming the insulating layer 106 covering the side surface of the columnar portion 130, the first electrode 107 is formed on the upper surface of the columnar portion 130 and the upper surface of the insulating layer 106. Of the compound semiconductor substrate 101 (the surface opposite to the surface on which the light emitting element portion 132 is formed in the compound semiconductor substrate 101). When these electrodes are formed, an annealing process is generally performed at about 400 ° C. (see a manufacturing process described later). Therefore, when the insulating layer 106 is formed using a resin, the resin forming the insulating layer 106 needs to have excellent heat resistance in order to withstand the annealing process. In order to satisfy this requirement, it is desirable that the resin constituting the insulating layer 106 is a polyimide resin, a fluorine resin, an acrylic resin, an epoxy resin, or the like. Desirably, it is a resin.
[0046]
The first electrode 107 is formed on the columnar section 130 and the insulating layer 106. 1 and 2, a pad 110 can be formed on the insulating layer 106. The first electrode 107 can be formed, for example, from a stacked film of an alloy of Au and Zn and Au. The pad 110 can be formed of the same material as the first electrode 107.
[0047]
A portion (opening) where the first electrode 107 is not formed is provided at the center of the upper surface of the columnar portion 130. This portion is the emission surface 108. This emission surface 108 becomes an emission port for laser light. That is, a portion of the upper surface of the columnar portion 130 that is not covered with the first electrode 107 corresponds to the emission surface 108.
[0048]
Further, on the back surface of the compound semiconductor substrate 101, a second electrode 109 is formed. That is, in the surface-emitting type light emitting device 100 shown in FIG. 1, the first electrode 107 is bonded on the columnar portion 130 and the second electrode 109 is bonded on the back surface of the compound semiconductor substrate 101. A current is injected into the active layer 103 by the first electrode 107 and the second electrode 109. The second electrode 109 can be formed from, for example, a laminated film of an alloy of Au and Ge and Au.
[0049]
(Device operation)
The general operation of the surface emitting light emitting device 100 of the present embodiment will be described below. The following method of driving a surface emitting semiconductor laser is an example, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0050]
First, when a forward voltage is applied to the pin diode between the first electrode 107 and the second electrode 109, recombination of electrons and holes occurs in the active layer 103, and light emission due to the recombination occurs. Stimulated emission occurs when the generated light reciprocates between the upper mirror 104 and the lower mirror 102, and the light intensity is amplified. When the optical gain exceeds the optical loss, laser oscillation occurs, and laser light is emitted from the emission surface 108 on the upper surface of the columnar portion 130 in a direction perpendicular to the compound semiconductor substrate 101 (Z direction shown in FIG. 1). . Here, the “perpendicular direction to the compound semiconductor substrate 101” refers to a direction perpendicular to the surface 101a (the plane parallel to the XY plane in FIG. 1) of the compound semiconductor substrate 101 (the Z direction in FIG. 1). Say.
[0051]
(Device manufacturing process)
Next, an example of a method for manufacturing the surface-emitting light emitting device 100 according to the first embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device 100 of the present embodiment shown in FIGS. .
[0052]
(1) First, a semiconductor multilayer film 150 is formed on the surface of a compound semiconductor substrate 101 made of n-type GaAs by epitaxial growth while modulating the composition, as shown in FIG. Here, the semiconductor multilayer film 150 is, for example, an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and n-type Al 0.15 Ga 0.85 40 pairs of lower mirrors 102 in which As layers are alternately stacked, a GaAs well layer and Al 0.3 Ga 0.7 An active layer 103 composed of an As barrier layer, including a quantum well structure having three well layers, and p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and p-type Al 0.15 Ga 0.85 It consists of 25 pairs of upper mirrors 104 in which As layers are alternately stacked. These layers are sequentially deposited on the compound semiconductor substrate 101 to form the semiconductor multilayer film 150. When growing the upper mirror 104, at least one layer near the active layer is formed as an AlAs layer or an AlGaAs layer having an Al composition of 0.95 or more (a layer having a high Al composition). This layer is oxidized later to form the current confinement layer 105. In addition, it is desirable that the outermost layer of the upper mirror 104 has a high carrier density and facilitates ohmic contact with an electrode (a first electrode 107 described later).
[0053]
The temperature at which the epitaxial growth is performed is appropriately determined according to the growth method, the raw material, the type of the compound semiconductor substrate 101, or the type, thickness, and carrier density of the semiconductor multilayer film 150 to be formed. It is preferred that Also, the time required for performing epitaxial growth is appropriately determined in the same manner as the temperature. In addition, as a method for epitaxial growth, a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, or a liquid phase epitaxy (LPE) method can be used.
[0054]
Subsequently, a photoresist (not shown) is applied on the semiconductor multilayer film 150 and then patterned by a photolithography method to form a resist layer R100 having a predetermined pattern. Then, using the resist layer R100 as a mask, a part of the upper mirror 104, the active layer 103, and the lower mirror 102 is etched by, for example, a dry etching method, and as shown in FIG. Part) 130 is formed. Through the above steps, the resonator 140 including the columnar section 130 is formed on the compound semiconductor substrate 101 as shown in FIG. After that, the resist layer R100 is removed.
[0055]
Subsequently, as shown in FIG. 5, the compound composition of the compound semiconductor substrate 101 on which the resonator 140 is formed by the above-described process is put into a steam atmosphere at about 400 ° C. The current confining layer 105 can be formed by oxidizing the high layer from the side. The oxidation rate depends on the temperature of the furnace, the supply amount of water vapor, the Al composition and the thickness of the layer to be oxidized (the layer having a high Al composition). In a surface emitting laser having a current confinement layer formed by oxidation, current flows only in a portion where a current confinement layer is not formed (a portion not oxidized) when driving. Therefore, in the step of forming the current confinement layer by oxidation, the current density can be controlled by controlling the range of the current confinement layer 105 to be formed.
[0056]
Through the above steps, a portion (excluding the emission surface 108 and the electrodes 107 and 109) of the surface-emitting type light-emitting element 100 that functions as a light-emitting element is formed.
[0057]
(2) Next, the insulating layer 106 surrounding the columnar portion 130 is formed. Here, a case where a polyimide resin is used as a material for forming the insulating layer 106 will be described. First, a resin precursor (polyimide precursor) is applied on the resonator 140 by using, for example, a spin coating method to form a resin precursor layer (not shown). At this time, the resin precursor layer is formed so that the thickness thereof is larger than the height of the columnar section 130. As a method for forming the resin precursor layer, a known technique such as a dipping method, a spray coating method, and an ink jet method can be used in addition to the spin coating method described above.
[0058]
Next, the substrate is heated using, for example, a hot plate or the like to remove the solvent, and then the upper surface 130a (see FIG. 5) of the columnar section 130 is exposed. As a method of exposing the upper surface of the columnar portion 130, a CMP method, a dry etching method, a wet etching method, or the like can be used. Thereafter, the insulating layer 106 is formed by imidizing the resin precursor layer in a furnace at about 350 ° C. Note that the insulating layer which has been almost completely cured through the imidization step may be etched to expose the upper surface 130a of the columnar portion 130.
[0059]
(3) Next, a process of forming the first electrode 107 and the second electrode 109 for injecting a current into the active layer 103 and the laser light emitting surface 108 will be described.
[0060]
First, before forming the first electrode 107 and the second electrode 109, the upper surface of the columnar section 130 is cleaned by using a plasma processing method or the like, if necessary. Thereby, an element having more stable characteristics can be formed. Subsequently, a laminated film (not shown) of, for example, an alloy of Au and Zn and Au is formed on the upper surfaces of the insulating layer 106 and the columnar portion 130 by, for example, a vacuum deposition method. In this case, an Au layer is formed on the outermost surface. Next, a portion where the laminated film is not formed is formed on the upper surface of the columnar portion 130 by a lift-off method. This portion becomes the emission surface 108. Note that in the above step, a dry etching method can be used instead of the lift-off method.
[0061]
Further, in the same step as the step of forming the first electrode 107, the pad 110 can be formed by a lift-off method or a dry etching method.
[0062]
Further, on the back surface of the compound semiconductor substrate 101, for example, a laminated film (not shown) of an alloy of Au and Ge and Au is formed by, for example, a vacuum evaporation method. Next, an annealing process is performed. The annealing temperature depends on the electrode material. In the case of the electrode material used in this embodiment, it is usually performed at about 400 ° C.
[0063]
(4) Next, a process for roughening the surfaces of the first electrode 107 and the pad 110 is performed. Thereby, the center line average roughness Ra of the surface of the first electrode 107 and the pad 110 is set to 5.0 × 10 -3 Make it at least μm. Note that the center line average roughness Ra of the surfaces of the first electrode 107 and the pad 110 is formed at least so as not to damage the compound semiconductor substrate 101 during the surface roughening treatment.
[0064]
Examples of the treatment used here include a method of irradiating the surface of the first electrode 107 and the pad 110 with plasma or an ion beam, a method of performing a wet treatment on the surface of the first electrode 107 and the pad 110, and the like. FIG. 8 shows a case where the first electrode 107 and the pad 110 are irradiated with the plasma 112 as an example. When plasma or ion beam is used, uniform and fine roughness can be formed on the surfaces of the first electrode 107 and the pad 110. The wet treatment includes, for example, a method of exposing the surfaces of the first electrode 107 and the pad 110 to a strong acid solution such as nitric acid, hydrochloric acid, or a mixed acid thereof.
[0065]
If necessary, a step such as resist patterning may be added before the above-described surface treatment to protect portions other than the first electrode 107 and the pad 110.
[0066]
Through the above process, the surface-emitting light emitting device 100 shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
[0067]
(Action and effect)
The main functions and effects of the surface-emitting light emitting device 100 according to the present embodiment will be described below.
[0068]
(1) According to the surface emitting light emitting device 100 of the present embodiment, the first electrode 107 and the pad 110 are included as pads, and the center line average roughness (Ra) of the surface of these pads is 5.0 × 10 -3 μm or more, when a bump is formed on these pads, a contact area between the bumps and the pad can be ensured. A bump can be fixed on the top. As described above, the adhesion between these pads and the bumps can be improved. Therefore, the load applied to these pads during bump formation can be reduced, so that the load applied to compound semiconductor substrate 101 can be reduced.
[0069]
It is presumed that the unevenness on the surface of the pad has a function of breaking through the ultra-thin natural oxide film and organic deposits on the surface of the bump to adhere the bump to the pad. Thus, when a pad is used as an electrode (first electrode 107) as in the present embodiment, when the bump is connected to the pad, the adhesion between the pad and the bump can be increased. Therefore, the contact resistance can be reduced.
[0070]
(2) At least a part of the pad (the first electrode 107 and the pad 110) is formed on the insulating layer 106. In particular, when the insulating layer 106 is formed by a spin coating method, generally, the upper surface of the insulating layer 106 has high flatness. When these pads are formed on such a surface having high flatness, the upper surface of the pad also has high flatness. When bumps are formed on the surface of these pads having high flatness, the contact area between the bumps and the pads is not sufficiently secured, and the adhesion between the bumps and the pads is not sufficient. May require a large load. In this case, a large load is applied to the compound semiconductor substrate 101, so that the compound semiconductor substrate 101 may be significantly damaged.
[0071]
On the other hand, according to the surface-emitting type light emitting device 100 of the present embodiment, the center line average roughness (Ra) of the surface of the pad is 5.0 × 10 -3 When the thickness is at least μm, even when these bumps are formed on a pad formed on the insulating layer 106, a contact area between the bump and the pad can be ensured, and The bumps can be fixed on the pads by the irregularities constituting the surface roughness. As described above, the adhesion between the bumps and these pads can be improved.
[0072]
(3) According to the method for manufacturing the surface emitting light emitting device 100 of the present embodiment, the surface of the first electrode 107 and the pad 110 is irradiated with plasma or ion beam, or the surface of the first electrode 107 and the pad 110 is The surface treatment of the first electrode 107 and the pad 110 is performed by wet processing. Therefore, unlike the case where mechanical means such as the CMP method is used, the surfaces of the first electrode 107 and the pad 110 can be roughened without damaging the compound semiconductor substrate 101.
[0073]
Further, in the present embodiment, the case where the surface-emitting type light emitting device 100 is a surface-emitting type semiconductor laser has been described, but the present invention is also applicable to light-emitting devices other than the surface-emitting type semiconductor laser. Examples of the surface-emitting type light emitting element to which the present invention can be applied include a semiconductor light emitting diode.
[0074]
[Second embodiment]
(Device structure)
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a surface-emitting light emitting device 200 according to a second embodiment to which the present invention is applied. FIG. 10 is a plan view schematically showing a surface-emitting light emitting device 200 according to a second embodiment to which the present invention is applied. FIG. 9 is a diagram showing a cross section taken along line AA of FIG. Note that, in this embodiment, a case where a surface emitting semiconductor laser is used as a surface emitting light emitting element will be described as in the first embodiment.
[0075]
In the surface emitting light emitting device 200 according to the present embodiment, the second electrode 119 is formed above the surface 101a of the compound semiconductor substrate 101 together with the first electrode 107, instead of the pad 110 (see FIG. 1). Except for this point, it has substantially the same structure as the surface emitting light emitting device 100 according to the first embodiment. Components having substantially the same functions as those of the surface-emitting light emitting device 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0076]
In the surface-emitting type light emitting device 200, two pads of a first electrode 107 and a second electrode 119 are formed above the surface 101a of the compound semiconductor substrate 101. The opening 111 is formed to reach at least the lower mirror 102 as shown in FIG.
[0077]
The center line roughness Ra of the surfaces of the first electrode 107 and the second electrode 119 is 5.0 × 10 -3 μm or more, preferably 9.0 × 10 -3 More preferably, it is not less than μm.
[0078]
(Device manufacturing process)
The surface-emitting light-emitting device 200 according to the second embodiment is formed up to an intermediate step by using the manufacturing process of the surface-emitting light-emitting device 100 according to the first embodiment. That is, in the manufacturing process of the surface emitting light emitting device 100 according to the first embodiment described above, after the insulating layer 106 is formed on the resonator 140 (see FIG. 6), the opening 111 ( (See FIG. 9). Examples of a method for forming the opening 111 include a wet etching method and a dry etching method. If necessary, the exposed surface of the lower mirror 102 corresponding to the bottom surface of the opening 111 may be etched.
[0079]
Next, the first electrode 107 is formed in the same manner as in the first embodiment. Further, a second electrode 119 is formed from the bottom of the opening 111 to the top of the insulating layer 106. For the second electrode 119, a material similar to the material for forming the second electrode 109 of the semiconductor device 100 of the first embodiment can be used. In the present embodiment, when the second electrode 119 is formed, a portion from the exposed surface of the lower mirror 102 corresponding to the bottom surface of the opening 111 to the upper surface of the insulating layer 106 is covered by, for example, a lift-off method. Is performed as described above. Thereafter, a process for roughening the surfaces of the first electrode 107 and the second electrode 119 is performed as in the manufacturing process of the semiconductor device 100 of the first embodiment. Through the above steps, the semiconductor device 200 according to the second embodiment can be formed.
[0080]
(Device operation and effects)
The operation of the surface-emitting light emitting device 200 of the present embodiment is basically the same as that of the surface-emitting light emitting device 100 of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0081]
In addition, the surface-emitting light emitting device 200 and the method of manufacturing the same according to the present embodiment have substantially the same operations and effects as the surface-emitting light emitting device 100 and the method of manufacturing the same according to the first embodiment.
[0082]
Further, in the surface-emitting light emitting device 200 according to the present embodiment, both the first electrode 107 and the second electrode 119 are formed above the surface 101 a of the compound semiconductor substrate 101. Thereby, it can be mounted on a drive element or the like via the bumps on the first electrode 107 and the second electrode 119. Accordingly, the element can be driven without using a wire or the like, and a so-called face-down structure can be implemented. Further, the first electrode 107 and the second electrode 119 are formed on the same surface. Since a plurality of pads are formed on the same surface, stable mounting is possible.
[0083]
[Third Embodiment]
(Device structure)
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a surface-emitting light emitting device 300 according to a third embodiment to which the present invention is applied. FIG. 12 is a plan view schematically showing a surface-emitting light emitting device 300 according to a third embodiment to which the present invention is applied. FIG. 11 is a diagram showing a cross section taken along line AA of FIG. In this embodiment, a case where a surface emitting semiconductor laser is used as the surface emitting light emitting element will be described, as in the first and second embodiments.
[0084]
The surface emitting light emitting device 300 according to the present embodiment is different from the surface according to the first and second embodiments in that light is emitted not from the upper surface of the columnar portion 113 but from the back surface 101b of the compound semiconductor substrate 101. It differs from the light emitting type light emitting elements 100 and 200.
[0085]
The surface-emitting light-emitting device 300 according to the present embodiment has substantially the same structure as the surface-emitting light-emitting device 100 according to the second embodiment, except for the points described here. Components having substantially the same functions as those of the surface-emitting light emitting device 200 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0086]
The active layer 103 included in the surface emitting light emitting device 300 is formed of an AlGaAs-based material as described in the section of the first embodiment. The oscillation wavelength of the laser light obtained by the active layer 103 is 770 to 870 nm, and light in this wavelength band is absorbed by the compound semiconductor substrate 101 made of a GaAs substrate. For this reason, the compound semiconductor substrate 101 has an opening 113 for extracting a laser beam from the back surface 101b of the compound semiconductor substrate 101. Instead of providing the opening 113, for example, a method in which the compound semiconductor substrate 101 itself is thinned by a CMP method or the like, or a substrate that does not absorb light in any wavelength band such as an AlGaAs substrate instead of a GaAs substrate is used. By using the method of forming the compound semiconductor substrate 101 by laser irradiation, laser light can be emitted from the back surface 101b of the compound semiconductor substrate 101. Further, when a laser beam having an oscillation wavelength of 900 nm or more is generated by using an InGaAs-based material or a GaInNAs-based material for the active layer, the GaAs substrate does not absorb light in this wavelength band. Therefore, in this case, when a surface-emitting type light emitting element is formed using the compound semiconductor substrate 101 made of a GaAs substrate, it is not necessary to process the back surface of the compound semiconductor substrate 101.
[0087]
In the surface-emitting type light emitting device 300, the first electrode 117 is formed so as to cover the entire upper surface of the columnar section 130. On the other hand, the second electrode 119 is formed above the surface 101a of the compound semiconductor substrate 101, similarly to the surface-emitting light emitting device 200 according to the second embodiment.
[0088]
Further, in the surface-emitting type light emitting device 300, two pads of the first electrode 117 and the second electrode 119 are formed above the surface 101a of the compound semiconductor substrate 101. The opening 111 is formed so as to reach at least the lower mirror 102 as shown in FIG.
[0089]
The center line roughness Ra of the surfaces of the first electrode 117 and the second electrode 119 is 5.0 × 10 -3 μm or more, preferably 9.0 × 10 -3 More preferably, it is not less than μm.
[0090]
(Device manufacturing process)
The surface-emitting light emitting device 300 according to the third embodiment is patterned such that the opening 113 is formed in the back surface 101b of the compound semiconductor substrate 101 and the entire upper surface of the columnar portion 130 is covered by the first electrode 117. Is formed using the same manufacturing process as the manufacturing process of the surface-emitting light emitting device 200 of the second embodiment, except that is formed. The opening 113 can be formed before or after the first and second electrodes 117 and 119 are provided, for example, using a wet etching method.
[0091]
(Device operation and effects)
The operation of the surface-emitting light-emitting element 300 of this embodiment mode is based on the point that light is emitted from the bottom surface (the emission surface 308) of the opening 113 provided in the compound semiconductor substrate 101 in the −Z direction shown in FIG. Except for this, it is basically the same as the surface emitting light emitting device 100 of the first embodiment. Therefore, detailed description is omitted.
[0092]
The surface-emitting light emitting device 300 and the method for manufacturing the same according to the present embodiment have substantially the same functions and effects as the surface-emitting light emitting device 200 and the method for manufacturing the same according to the second embodiment. Further, in the surface emitting light emitting device 300 according to the present embodiment, a bump is formed on the first and second electrodes 117 and 119, and an IC substrate or a glass substrate made of, for example, a Si substrate is formed via the bump. And other substrates. In this case, laser light can be extracted from the surface (the emission surface 308 in this embodiment) opposite to the surface on which the bumps are formed. Accordingly, another substrate such as an IC substrate can be used by being bonded to the element 300 regardless of whether or not laser light emitted from the element 300 can pass through the other substrate.
[0093]
[Fourth Embodiment]
(Device structure)
FIG. 13 is a sectional view schematically showing a surface-emitting light emitting device 400 according to a fourth embodiment to which the present invention is applied. FIG. 14 is a plan view schematically showing a surface-emitting light emitting device 400 according to a fourth embodiment to which the present invention is applied. FIG. 13 is a diagram showing a cross section taken along line BB of FIG. In the present embodiment, a case where a semiconductor light emitting diode is used as a surface emitting light emitting element will be described.
[0094]
As shown in FIG. 13, the surface-emitting type light-emitting element 400 of this embodiment includes a compound semiconductor substrate 401 made of, for example, an n-type GaAs substrate, and a light-emitting element portion 432 formed on the compound semiconductor substrate 401. In the surface-emitting type light emitting element 400, light is generated by the light emitting element portion 432.
[0095]
The light emitting element portion 432 is formed on, for example, a compound semiconductor substrate 401 made of an n-type GaAs substrate, and has a buffer layer 422 made of an n-type GaAs layer, a contact layer 423 made of an n-type GaAs layer, and a clad made of an n-type AlGaAs layer. A layer 424, including at least one GaAs layer, includes an active layer 425 functioning as a light emitting layer, a cladding layer 426 made of a p-type AlGaAs layer, and a contact layer 427 made of a p-type GaAs layer.
[0096]
A pin diode is formed by the contact layer 423 made of an n-type GaAs layer, the active layer 425 not doped with impurities, and the contact layer 427 made of a p-type GaAs layer.
[0097]
Further, a portion of the light emitting element portion 432 from the emission surface 408 side to the middle of the contact layer 423 is etched into a circular shape when viewed from the emission surface 408 side, thereby forming a columnar portion 430. In this embodiment, the columnar portion 430 refers to a columnar semiconductor deposit that forms a part of the light emitting element portion 432. Note that the columnar portion 430 can have any planar shape.
[0098]
The insulating layer 406 is formed so as to cover the side surface of the columnar portion 430 and the upper surface of the contact layer 423. Therefore, the side surface of the columnar portion 430 is surrounded by the insulating layer 406.
[0099]
Further, a first electrode 407 is formed from the upper surface of the columnar section 430 to the surface of the insulating layer 406. An emission surface 408 is provided on the upper surface of the column 430, and light is emitted from the emission surface 408. That is, a portion of the upper surface of the columnar portion 430 that is not covered with the first electrode 407 corresponds to the emission surface 408. Further, a part of the insulating layer 406 is removed to expose the contact layer 423, and the second electrode 419 is formed in contact with the exposed surface of the contact layer 423.
[0100]
As the insulating layer 406 and the first and second electrodes 407 and 419, the insulating layer 106 and the first and second electrodes 107 and 109 constituting the surface-emitting light emitting device 100 according to the first embodiment described above are used. It can be formed using a similar material.
[0101]
The center line roughness Ra of the surfaces of the first electrode 407 and the second electrode 419 is 5.0 × 10 -3 μm or more, preferably 9.0 × 10 -2 More preferably, it is not less than μm.
[0102]
(Device operation)
The general operation of the surface-emitting light emitting device 400 of the present embodiment will be described below. The LED driving method described below is an example, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0103]
First, when a forward voltage is applied to the pin diode between the first electrode 407 and the second electrode 419, recombination of electrons and holes occurs in the active layer 425, and light emission due to the recombination occurs. This light exits from the exit surface 408 on the upper surface of the columnar section 430.
[0104]
(Device manufacturing process)
Next, an example of a method for manufacturing the surface emitting light emitting device 400 according to the fourth embodiment to which the present invention is applied will be described. The surface-emitting light emitting device 400 can be formed by a process similar to that of the surface-emitting light emitting device 100 of the first embodiment.
[0105]
(1) First, on the surface of an n-type GaAs substrate 401, at least one buffer layer 422 made of an n-type GaAs layer, a contact layer 423 made of an n-type GaAs layer, a clad layer 424 made of an n-type AlGaAs layer, and at least one GaAs layer. A multi-layered film (not shown) including the active layer 425 that functions as a light emitting layer, the cladding layer 426 made of a p-type AlGaAs layer, and the contact layer 427 made of a p-type GaAs layer is crystal-grown. As a method of crystal growth, MOCVD and MBE can be exemplified. At this time, for example, Si is doped when forming the n-type layer, and C is doped when forming the p-type layer. Alternatively, Se can be used for forming the n-type layer and Zn can be used for forming the p-type layer.
[0106]
Next, etching is performed from the p-type contact layer 427 to the middle of the n-type contact layer 423 by, for example, a dry etching method to form the columnar portion 430.
[0107]
(2) Subsequently, an insulating layer 406 is formed around the columnar section 430. This insulating layer 406 can be formed in a process similar to that of the insulating layer 106 in the first embodiment. Note that in this step, in order to form the second electrode 419 on the contact layer 423, the insulating layer 406 is formed to have a shape in which part of the contact layer 423 is exposed.
[0108]
(3) Next, the first and second electrodes 407 and 419 are formed by, for example, a vacuum deposition method. In this step, an emission surface 408 is formed on the upper surface of the columnar section 430. In this step, a desired surface shape can be obtained by using a lift-off method. Alternatively, the first and second electrodes 407 and 419 may be formed using a dry etching method. After these electrodes are formed, an annealing process is performed to form ohmic contacts.
[0109]
(4) A process for roughening the surfaces of the first and second electrodes 407 and 419 is performed. For this processing, a method similar to the method described in the section of the first embodiment can be used. By this step, the center line average roughness Ra of the surfaces of the first and second electrodes 407 and 419 is set to 5.0 × 10 -3 Make it at least μm.
[0110]
Through the above steps, the surface-emitting light emitting device 400 shown in FIGS. 13 and 14 is obtained.
[0111]
(Action and effect)
The surface-emitting light emitting device 400 and the method of manufacturing the same according to the present embodiment have substantially the same functions and effects as the surface-emitting light emitting devices 100 and 200 and the method of manufacturing the same according to the first and second embodiments. Therefore, the description is omitted.
[0112]
[Fifth Embodiment]
FIG. 15 is a diagram schematically illustrating a mounting structure of a surface-emitting light emitting device according to a fifth embodiment to which the present invention is applied.
[0113]
FIG. 15 illustrates a structure 1300 as a mounting structure of the surface-emitting light-emitting element of this embodiment. In this structure 1300, the surface emitting light emitting device 200 according to the second embodiment and the substrate 900 are electrically connected via bumps 910. That is, the surface-emitting type light-emitting element 200 and the substrate 900 constitute a so-called face-down structure.
[0114]
The substrate 900 is made of a material having a property of transmitting light emitted from the surface-emitting light emitting device 200. For example, a glass substrate can be used as the substrate 900. An electronic circuit 914 such as a MOSFET circuit is mounted on the substrate 900. The electronic circuit 914 is mounted on the substrate 900 to drive the surface-emitting light emitting device 200. Pads 918 are formed on the substrate 900, and bumps 916 are formed on the pads 918. Specifically, the electronic circuit 914 is formed at a position that does not hinder the propagation of light emitted from the surface-emitting light emitting device 200. For example, as shown in FIG. 15, the electronic circuit 914 is mounted on the substrate 900 by flip-chip bonding similarly to the surface-emitting type light-emitting element 200. That is, the pad 917 formed on the surface of the electronic circuit 914 and the pad 918 of the substrate 900 are electrically connected via the bump 916. The electrodes of the surface-emitting light emitting element 200 and the electrodes of the electronic circuit 914 are electrically connected by a wiring pattern (not shown).
[0115]
Further, pads 912 are previously provided on the substrate 900 at positions corresponding to the first and second electrodes 117 and 119 of the surface-emitting light emitting device 200. The substrate 900 is provided with a metal wiring pattern (not shown), and the metal wiring and the pad 912 are electrically connected.
[0116]
The first and second electrodes 117 and 119 of the surface emitting light emitting device 200 are electrically connected to the pads 912 of the substrate 900 by bumps 910.
[0117]
Further, the bump 910 can be formed from gold, a gold alloy, Pd, Al, Cu, or the like. The outermost surfaces of the first and second electrodes 117 and 119 of the surface-emitting type light emitting device 200 are formed of gold. In this case, the bump 910 is preferably made of gold. As described above, since the bumps 910 made of gold are formed on the first and second electrodes 117 and 119 whose outermost surfaces are made of gold, these electrodes 117 and 119 and the bumps 910 are not in contact with each other. Adhesion can be improved.
[0118]
In the structure 1300, a current is injected into the surface-emitting light-emitting element 200 through the pad 912 by a signal from the electronic circuit 914. The surface emitting light emitting element 200 is driven by the injection of the current. As a result, laser light is emitted from the emission surface 108. This laser light propagates through the substrate 900 in the direction of the arrow shown in FIG.
[0119]
[Sixth Embodiment]
FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a mounting structure of a surface-emitting light emitting device according to a sixth embodiment to which the present invention is applied.
[0120]
FIG. 16 illustrates a structure 1400 as a mounting structure of the surface-emitting light-emitting element of this embodiment. In this structure 1400, the surface-emitting light emitting device 300 according to the third embodiment and a substrate 902 made of, for example, an Si substrate are electrically connected via bumps 910. That is, the surface emitting light emitting element 300 and the substrate 902 form a so-called face-down structure. The laser light is emitted from the emission surface 308 of the surface-emitting light emitting device 300. In the structure 1300 of the fifth embodiment described above, the substrate 900 is formed of a material that transmits light emitted from the surface-emitting light emitting element 200, whereas in the structure 1400, FIG. As described above, since the surface-emitting light emitting element 300 emits light from the back surface 101b of the substrate 101, the material of the substrate 902 is not particularly limited. In the structure 1400, an electronic circuit 914 is incorporated in the substrate 902, unlike the structure 1300 of the fifth embodiment described above. That is, in the structure 1400, when the substrate 902 is made of a Si substrate, the electronic circuit 1400 can be incorporated into the substrate 902, and thus there is no need to separately mount an electronic circuit.
[0121]
The other configuration is the same as the mounting structure of the surface emitting light emitting element of the fifth embodiment, and thus the detailed description is omitted.
[0122]
[Seventh Embodiment]
FIG. 17 is a diagram schematically illustrating an optical module according to a seventh embodiment to which the present invention is applied. The optical module according to the present embodiment includes a structure 1000 (see FIG. 17). The structure 1000 includes the surface-emitting light emitting device 100 according to the first embodiment (see FIG. 1), a platform 1120, a first optical waveguide 1130, and an actuator 1150. Further, the structure 1000 has a second optical waveguide 1302. The second optical waveguide 1302 forms a part of the substrate 1308. The connection optical waveguide 1304 may be optically connected to the second optical waveguide 1302. The connection optical waveguide 1304 may be an optical fiber. The platform 1120 is fixed to the substrate 1308 by a resin 1306.
[0123]
In the optical module of the present embodiment, after light is emitted from the surface-emitting type light emitting element 100 (the emission surface 108; see FIG. 1), the first and second optical waveguides 1130 and 1302 (and the connection optical waveguide 1304) are provided. This light is received by a light receiving element (not shown) through
[0124]
[Eighth Embodiment]
FIG. 18 is a diagram illustrating an optical transmission device according to an eighth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a plurality of third optical waveguides 1230, 1310, 1312 are provided between the first optical waveguide 1130 and the light receiving element 210. Further, the light transmission device according to the present embodiment has a plurality (two) of substrates 1314 and 1316.
[0125]
In this embodiment mode, the configuration on the side of the surface-emitting light emitting element 100 (including the surface-emitting light emitting element 100, the platform 1120, the first optical waveguide 1130, the second optical waveguide 1318, and the actuator 1150) and the light receiving element The third optical waveguide 1312 is arranged between the configuration on the 210 side (including the light receiving element 210, the platform 1220, and the third optical waveguides 1230 and 1310). By using an optical fiber or the like as the third optical waveguide 1312, light can be transmitted between a plurality of electronic devices.
[0126]
For example, in FIG. 19, an optical transmission device 1100 interconnects electronic devices 1102 such as a computer, a display, a storage device, and a printer. The electronic device 1102 may be an information communication device. The optical transmission device 1100 has a cable 1104 including a third optical waveguide 1312 such as an optical fiber. The optical transmission device 1100 may be one in which plugs 1106 are provided at both ends of a cable 1104. In each of the plugs 1106, a configuration on the side of the surface emitting light emitting element 100 and the light receiving element 210 is provided. An electric signal output from one of the electronic devices 1102 is converted into an optical signal by a light emitting element, and the optical signal is transmitted through a cable 1104 and converted into an electric signal by a light receiving element. The electric signal is input to another electronic device 1102. Thus, according to optical transmission device 1100 according to the present embodiment, information transmission of electronic device 1102 can be performed by an optical signal.
[0127]
FIG. 20 is a diagram illustrating a use form of the light transmission device according to the embodiment to which the present invention is applied. The optical transmission device 1110 connects between the electronic devices 1112. As the electronic device 1112, a liquid crystal display monitor or a digital CRT (sometimes used in the fields of finance, mail-order sales, medical care, and education), a liquid crystal projector, a plasma display panel (PDP), a digital TV, and a retail store A cash register (for POS (Point of Sale Scanning)), a video, a tuner, a game device, a printer, and the like can be given.
[0128]
19 and 20, the surface light emitting devices 200 (see FIG. 9), 300 (see FIG. 11), and 400 (see FIG. 13) are used instead of the surface light emitting device 100. Even when used, similar functions and effects can be obtained.
[0129]
[Ninth embodiment]
FIG. 21 is a diagram schematically illustrating an optical module according to a ninth embodiment to which the present invention is applied. The optical module according to the present embodiment includes a structure 1001 (see FIG. 21). The structure 1001 includes the surface-emitting light-emitting device 200 according to the second embodiment (see FIG. 1), a platform 1120, a first optical waveguide 1130, and an actuator 1150. The structure 1001 includes the same structure as the structure 1300 of the fifth embodiment. That is, the surface-emitting type light-emitting element 200 is provided on the substrate 900 made of, for example, glass via the bumps 910. The substrate 900 is further provided with a driving IC 1114. The other configuration is almost the same as that of the optical module according to the seventh embodiment, and thus the detailed description is omitted.
[0130]
In the optical module of the present embodiment, after light is emitted from the surface-emitting type light emitting element 200 (the emission surface 108; see FIG. 9), the light passes through the substrate 900, enters the first optical waveguide 1130, and This light is received by a light receiving element (not shown) through the second optical waveguide 1302 (and the connection optical waveguide 1304).
[0131]
FIG. 22 shows a light transmission device to which the structure 1001 shown in FIG. 21 is applied. In the light transmission device shown in FIG. 22, similarly to the light transmission device according to the eighth embodiment (see FIG. 18), a plurality of third light guides are provided between the first optical waveguide 1130 and the light receiving element 210. It has wave paths 1230, 1310, and 1312, and has a plurality (two) of substrates 1314 and 1316. Note that the light transmission device shown in FIG. 22 has the same operation and effect as the light transmission device shown in FIG.
[0132]
[Tenth embodiment]
FIG. 23 is a diagram illustrating an optical transmission device according to a tenth embodiment to which the present invention has been applied. In the present embodiment, a case where the optical transmission device is an optical interconnection device 2000 between IC chips will be described as an example.
[0133]
(Device structure)
The optical interconnection device 2000 of the present embodiment is formed by stacking a plurality of IC chips. In the optical interconnection device 2000 of the present embodiment, as shown in FIG. 23, an example in which two IC chips are stacked is shown, but the number of stacked IC chips is not limited to this. .
[0134]
In the optical interconnection device 2000, laser beams 521 and 522 are transmitted between the stacked IC chips 501 and 502, and data is exchanged. The IC chips 501 and 502 include substrates (for example, silicon substrates) 511 and 512 and IC regions 531 and 532 formed on the substrates 511 and 512, respectively. As the IC chips 501 and 502, various ICs such as a CPU, a memory, and an ASIC can be exemplified.
[0135]
In the IC chip 501, the surface-emitting light emitting device 100 and the photodetector 541 according to the first embodiment are provided on a substrate 511. Similarly, in the IC chip 502, the surface-emitting light emitting device 300 and the photodetector 542 according to the third embodiment are provided on a substrate 512. Note that in this embodiment, the surface-emitting light-emitting element 100 according to the first embodiment is installed on a substrate 511, and the surface-emitting light-emitting element 300 according to the third embodiment is installed on a substrate 512. Although the description has been given of the case, the second and fourth surface-emitting light-emitting elements 200 and 400 can be provided for one or both of the surface-emitting light-emitting elements 100 and 300 instead.
[0136]
(Device operation)
Next, the operation of the optical interconnection device 2000 will be described with reference to FIG.
[0137]
In the optical interconnection device 2000, a signal electrically processed in the IC area 531 of the IC chip 501 is transmitted to the resonator 130 (see FIG. 1; not shown in FIG. 23) of the surface-emitting light emitting device 100 by laser light. After being converted into a pulse signal, it is sent to the photodetector 542 of the IC chip 502. The photodetector 542 converts the received laser light pulse into an electric signal and sends it to the IC area 532.
[0138]
On the other hand, the same operation is performed when a laser beam is sent from the surface emitting type light emitting element 300 formed on the IC chip 502 to the photodetector 541. That is, in the optical interconnection device 2000, the signal electrically processed in the IC area 532 of the IC chip 502 is transmitted to the resonator 130 (see FIG. 13; not shown in FIG. 23) of the surface-emitting light emitting element 300. After being converted into a laser light pulse signal, it is sent to the photodetector 541 of the IC chip 501. The photodetector 541 converts the received laser light pulse into an electric signal and sends it to the IC area 531. Thus, the IC chips 501 and 502 exchange data via the laser beam.
[0139]
When the substrates 511 and 512 are formed of a silicon substrate, the emission wavelength of the resonator of the surface-emitting light-emitting elements 100 to 300 or the emission wavelength of the surface-emitting light-emitting element 400 is set to 1.1 μm or more. Light emitted from the light-emitting element can pass through the substrates (silicon substrates) 511 and 512.
[0140]
By the way, as the processing speed is increased and the frequency is increased, the following problems generally occur in signal transmission between IC chips by electrical connection.
・ Delay (skew) of signal transmission timing between wirings occurs
・ Increase in power consumption in transmission of high-frequency electric signals
・ It becomes difficult to design the wiring layout
・ Impedance matching is required
・ Needs measures to cut off ground noise
On the other hand, the above problem can be solved by transmitting a signal between IC chips by an optical signal as in the optical interconnection device 2000 of the present embodiment.
[0141]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. For example, the invention includes configurations substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same object and result). Further, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. Further, the invention includes a configuration having the same operation and effect as the configuration described in the embodiment, or a configuration capable of achieving the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
[0142]
For example, in the above embodiment, the surface-emitting light-emitting element having one columnar portion has been described. However, even if a plurality of columnar portions are provided in the substrate surface, the embodiment of the present invention is not impaired. Further, even when a plurality of surface emitting light emitting elements are arrayed, the same operation and effect can be obtained.
[0143]
Further, for example, in the above-described embodiment, even if the p-type and the n-type in each semiconductor layer are interchanged, it does not depart from the gist of the present invention. In the above-described embodiment, the AlGaAs-based semiconductor material has been described. However, other material systems, for example, GaInP-based, ZnSSe-based, InGaN-based, AlGaN-based, InGaAs-based, GaInNAs-based, and GaAsSb-based semiconductor materials are described according to the oscillation wavelength. Can also be used.
[0144]
Further, in the above embodiment, the case where the GaAs substrate is used as the compound semiconductor substrate has been described, but other substrates, for example, a GaN substrate, an AlN substrate, an InP substrate, a GaP substrate, a ZnSe substrate, a ZnS substrate, a CdTe substrate, a ZnTe substrate Compound semiconductor substrates such as substrates and CdS substrates can also be used (please check).
[0145]
[Example of experiment]
Next, an experimental example of the present invention will be described. In this experimental example, the pad of the surface-emitting type light emitting device of the present invention was subjected to a surface treatment to form the center line average roughness Ra to a predetermined value. Specifically, the surface treatment is performed on the first electrode 107 of the surface emitting light emitting device 100 according to the first embodiment, and the center line average roughness Ra of the surface of the first electrode 107 is shown in Table 1. It was formed so as to have the values shown. In this case, the adhesion between the first electrode 107 and the gold bump when the gold bump was formed on the first electrode 107 was measured. The thickness of the first electrode 107 used was 350 nm, of which the thickness of the outermost gold layer was 200 nm.
[0146]
The center line average roughness Ra of the surface of the first electrode 107 was adjusted by changing the plasma irradiation energy. The surface treatment was performed by irradiating the surface of the first electrode 107 with plasma containing argon as a main component. Table 1 shows the results. In Table 1, together with the experimental example in which the plasma of 50 W power was irradiated for 3 minutes, the experimental results of Comparative Example 1 not irradiated with the plasma and Comparative Example 2 in which the plasma of 10 W power was irradiated for 3 minutes are also described. .
[0147]
FIGS. 24 to 26 show the results of AFM (atomic force microscope) measurement on the surface of the first electrode 107 in the experimental example, comparative examples 1 and 2, respectively. FIG. 24 shows an experimental example (Ra is 9.4 × 10 -3 FIG. 25 shows Comparative Example 1 (Ra was 1.6 × 10 -3 FIG. 26 shows Comparative Example 2 (Ra was 4.1 × 10 -3 5 is a micrograph showing the surface of the first electrode 107 in the case of μm, respectively. Table 2 shows the conditions of the load, the temperature, and the ultrasonic output in “condition 1” and “condition 2” in Table 1, respectively.
[0148]
The parameters in Table 1 are as follows.
[0149]
(A) Center line average roughness (Ra)
The definition of Ra is as described in the section of the means for solving the problem. In this experimental example, Ra was measured and calculated in accordance with JIS (B0601-1994).
[0150]
(B) Formation yield
The formation yield is the proportion of the gold bumps formed on the first electrode 107 when the gold bumps are formed on the first electrode 107. That is, “formation yield (%) = the number of samples in which the gold bumps were successfully formed on the first electrode 107 / the number of all samples × 100”.
[0151]
Here, a method of installing the gold bump 180 on the first electrode 107 will be described below. The gold bump 180 is provided by forming a ball with the gold wire 186, performing ball bonding on the first electrode 107, and then cutting the gold wire 186 by applying ultrasonic waves.
[0152]
First, as shown in FIG. 27A, after the surface-emitting light emitting device 100 is installed on a stage (not shown), the capillary 182 is arranged above the first electrode 107. The capillary 182 has an opening 183 in the center, and a heater (not shown) is installed near the tip of the opening 183. By this heater, gold is sparked into a spherical shape, and a gold ball 184 is formed.
[0153]
Next, as shown in FIG. 27B, the gold ball 184 is pressed onto the first electrode 107 by the capillary 182 to deform the gold ball 184. Thus, the gold ball 184 is bonded on the first electrode 107.
[0154]
Subsequently, as shown in FIG. 27C, the gold wire 186 is broken by moving the capillary 182, and the gold bump 180 is formed on the first electrode 107. Here, when an ultrasonic wave is applied when the gold wire 186 is broken, the ultrasonic wave is concentrated on a connection portion between the gold ball 184 and the gold wire 186, so that the gold ball 184 can be cut at the base of the gold wire 186. .
[0155]
In the above-described step of forming the gold bump 180, in the step of breaking the gold wire 186 (see FIG. 27C), when no ultrasonic wave is applied or when the output of the ultrasonic wave is weak, the gold wire 186 is cut in the middle. In some cases, the gold ball 184 may be separated from the first electrode 107 without breaking the gold wire 186. On the other hand, if the output of the ultrasonic wave is too large, the ultrasonic wave may cause cracks on the substrate. This is because the surface emitting light emitting device 100 is formed of a compound semiconductor substrate (GaAs substrate 101), and the strength of the compound semiconductor substrate is smaller than the strength of another substrate such as a silicon substrate or a sapphire substrate. . Therefore, by adjusting the value of Ra on the surface of the first electrode 107, the adhesion between the gold bump 180 and the first electrode 107 is sufficiently obtained, and the gold is irradiated with ultrasonic waves having an output that does not affect the substrate. By breaking the wire 186, the gold bump 180 can be formed on the first electrode 107.
[0156]
(C) Share strength
The weight was gradually applied from the side of the gold bump 180 (see FIG. 27C) formed on the first electrode 107, and the weight when the gold bump 180 was detached was defined as the shear strength. Therefore, it can be said that the greater the shear strength, the stronger the adhesion.
[0157]
[Table 1]
Figure 2004014993
[0158]
[Table 2]
Figure 2004014993
[0159]
FIG. 28 shows the relationship between Ra on the surface of the first electrode 107 and the formation yield in Experimental Examples and Comparative Examples 1 and 2. In FIG. 28, “○” indicates a value under Condition 1, and “Δ” indicates a value under Condition 2. According to FIG. 28, it is presumed that under both of the conditions 1 and 2, when Ra is 5.0 μm or more, a formation yield of almost 100% can be obtained.
[0160]
According to this experimental example, in Comparative Examples 1 and 2, sufficient values were not obtained in both the formation yield and the shear strength in both of the conditions 1 and 2. On the other hand, in the experimental examples, the formation yield was good and sufficient shear strength was obtained in both of the conditions 1 and 2.
[0161]
In addition, from the results shown in Table 1, it was found that the greater the Ra, the greater the shear strength and the higher the adhesion between the first electrode 107 and the gold bump 180. In particular, from the results of the experimental examples shown in Table 1, Ra was 9.0 × 10 -3 In the case of μm, it is estimated that the shear strength is further improved and the adhesion between the first electrode 107 and the gold bump 180 is very high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a surface-emitting light emitting device according to a first embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a plan view schematically showing a surface-emitting light emitting device according to a first embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing step of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting type light-emitting device shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a surface-emitting light emitting device according to a second embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 10 is a plan view schematically showing a surface-emitting light emitting device according to a second embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a surface-emitting light emitting device according to a third embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 12 is a plan view schematically showing a surface-emitting light emitting device according to a third embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a surface-emitting light emitting device according to a fourth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 14 is a plan view schematically showing a surface-emitting light emitting device according to a fourth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a mounting structure of a surface-emitting type light emitting device according to a fifth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a mounting structure of a surface-emitting light emitting device according to a sixth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 17 is a diagram schematically showing an optical module according to a seventh embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 18 is a diagram showing an optical transmission device according to an eighth embodiment to which the present invention has been applied.
FIG. 19 is a diagram illustrating a usage form of an optical transmission device according to an eighth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 20 is a diagram showing a usage form of the light transmission device according to an eighth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 21 is a view schematically showing an optical module according to a ninth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 22 is a diagram showing a light transmission device according to a ninth embodiment to which the present invention has been applied.
FIG. 23 is a diagram showing an optical transmission device according to a tenth embodiment to which the present invention has been applied.
FIG. 24 is an AFM photograph of a pad in one experimental example to which the present invention is applied.
FIG. 25 is an AFM photograph of a pad in Comparative Example 1.
FIG. 26 is an AFM photograph of a pad in Comparative Example 2.
FIGS. 27A to 27C are diagrams illustrating a method of forming a gold bump in one experimental example to which the present invention is applied.
FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the value of Ra on the surface of the first electrode and the value of formation yield in Experimental Examples and Comparative Examples 1 and 2.
[Explanation of symbols]
100, 200, 300, 400 surface emitting type light emitting device
101 Compound semiconductor substrate
101a Surface of semiconductor substrate
101b Backside of semiconductor substrate
102 Lower mirror
103,425 Active layer
104 Top mirror
105 Oxidation constriction layer
106,406 insulating layer
107, 117, 407 First electrode
108, 308, 408 Outgoing surface
109, 119, 419 Second electrode
110 pads
111 opening
112 plasma
113 opening
130,430 Column
130a Upper surface of columnar part 130
132, 232, 332, 432 Light emitting element section
140 resonator
150 Multilayer semiconductor film
180 Gold Bump
182 Capillary
183 opening
184 gold balls
186 gold wire
210 light receiving element
401 Compound semiconductor substrate
401a Surface of Compound Semiconductor Substrate
401b Backside of compound semiconductor substrate
422 buffer layer
423 Contact layer
424 cladding layer
426 cladding layer
427 Contact layer
501,502 IC chip
511,512 substrate
521, 522 laser light
531,532 IC area
541,542 photodetector
900,902 substrate
910,916 Bump
912,917,918 pad
914 Electronic Circuit
1000,1300 structure
1100,1110 Optical transmission device
1110, 1112 Electronic equipment
1104 cable
1106 plug
1114 Driving IC
1120, 1220 platform
1130 First optical waveguide
1150 Actuator
1152 Cushion
1154 Energy Source
1230, 1310, 1312 Third optical waveguide
1302, 1318 Second optical waveguide
1304 Optical waveguide for connection
1306 resin
1308 substrate
1314, 1316 substrate
2000 Optical Interconnection Equipment
R100 resist layer

Claims (21)

化合物半導体基板上に形成された発光素子部を含み、該基板と垂直方向に光を出射できる面発光型発光素子であって、
少なくとも１つのパッドを含み、
前記パッドの表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が、５．０×１０−３μｍ以上である、面発光型発光素子。Including a light emitting element portion formed on a compound semiconductor substrate, a surface emitting light emitting element capable of emitting light in a direction perpendicular to the substrate,
Including at least one pad,
A surface-emitting type light emitting device, wherein a center line average roughness (Ra) of the surface of the pad is 5.0 × 10 −3 μm or more. 請求項１において、
前記パッドを複数個含み、
前記複数個のパッドのうち少なくとも１つが、前記発光素子部に電流を注入するための電極である、面発光型発光素子。In claim 1,
Including a plurality of the pads,
A surface-emitting light emitting device, wherein at least one of the plurality of pads is an electrode for injecting a current into the light emitting device unit. 請求項２において、
前記複数個のパッドのうち少なくとも２つが同一面上に形成されている、面発光型発光素子。In claim 2,
A surface-emitting light emitting device, wherein at least two of the plurality of pads are formed on the same surface. 請求項２または３において、
前記複数個のパッドのうち２つが、前記発光素子部に電流を注入するための一対の電極であり、
前記一対の電極を構成する前記２つのパッドはいずれも、前記化合物半導体基板表面の上方に設置されている、面発光型発光素子。In claim 2 or 3,
Two of the plurality of pads are a pair of electrodes for injecting current into the light emitting element portion,
A surface-emitting light emitting device, wherein each of the two pads constituting the pair of electrodes is disposed above a surface of the compound semiconductor substrate. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記パッドの少なくとも一部が絶縁層上に形成されている、面発光型発光素子。In any one of claims 1 to 4,
A surface-emitting light emitting device, wherein at least a part of the pad is formed on an insulating layer. 請求項５において、
前記絶縁層は、ポリイミド樹脂からなる、面発光型発光素子。In claim 5,
The surface emitting light emitting device, wherein the insulating layer is made of a polyimide resin. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記パッドの最表面が金で形成されている、面発光型発光素子。In any one of claims 1 to 6,
A surface-emitting type light-emitting device, wherein the outermost surface of the pad is formed of gold. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記化合物半導体基板の裏面から光が出射する、面発光型発光素子。In any one of claims 1 to 7,
A surface-emitting type light-emitting device, wherein light is emitted from the back surface of the compound semiconductor substrate. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記面発光型発光素子は、面発光型半導体レーザである、面発光型発光素子。In any one of claims 1 to 8,
The surface emitting light emitting device is a surface emitting semiconductor laser, wherein the surface emitting light emitting device is a surface emitting semiconductor laser. 請求項９において、
前記面発光型半導体レーザの前記発光素子部は、少なくとも一部に柱状部が形成された共振器と、前記柱状部の側面を覆う絶縁層と、を含み、
前記面発光型半導体レーザはさらに、前記パッドを複数個含み、該複数個のパッドのうち少なくとも１つが前記電極であり、
前記電極の少なくとも一部が、前記絶縁層の上に形成されている、面発光型発光素子。In claim 9,
The light emitting element portion of the surface emitting semiconductor laser includes a resonator having a columnar portion formed at least in part, and an insulating layer covering a side surface of the columnar portion,
The surface emitting semiconductor laser further includes a plurality of the pads, at least one of the plurality of pads is the electrode,
A surface-emitting light emitting device, wherein at least a part of the electrode is formed on the insulating layer. 請求項１０において、
前記複数個のパッドのうち２つが、前記発光素子部に電流を注入するための一対の電極であり、
前記一対の電極を構成する２つのパッドの少なくとも一部が、前記絶縁層の上に形成されている、面発光型発光素子。In claim 10,
Two of the plurality of pads are a pair of electrodes for injecting current into the light emitting element portion,
A surface-emitting light emitting device, wherein at least a part of two pads constituting the pair of electrodes is formed on the insulating layer. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記面発光型発光素子は、半導体発光ダイオードである、面発光型発光素子。In any one of claims 1 to 8,
The surface emitting light emitting device, wherein the surface emitting light emitting device is a semiconductor light emitting diode. 請求項１２において、
前記半導体発光ダイオードに含まれる前記発光素子部は、少なくとも一部に活性層を含む柱状部と、前記柱状部の側面を覆う絶縁層と、を含み、
前記半導体発光ダイオードはさらに、前記パッドを複数個含み、該複数個のパッドのうち少なくとも１つが前記電極であり、
前記電極の少なくとも一部が、前記絶縁層の上に形成されている、面発光型発光素子。In claim 12,
The light-emitting element portion included in the semiconductor light-emitting diode, at least a portion including a columnar portion including an active layer, and an insulating layer covering a side surface of the columnar portion,
The semiconductor light emitting diode further includes a plurality of the pads, at least one of the plurality of pads is the electrode,
A surface-emitting light emitting device, wherein at least a part of the electrode is formed on the insulating layer. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の面発光型発光素子と、接続用パッドが形成された基板と、該基板と前記面発光型発光素子とを電気的に接続するバンプと、を含む、面発光型発光素子の実装構造。14. A surface-emitting light-emitting device according to claim 1, comprising a substrate on which connection pads are formed, and a bump for electrically connecting the substrate and the surface-emitting light-emitting device. Mounting structure of a surface-emitting light emitting element. 請求項１４において、
前記接続用パッドが形成された基板にはさらに電子回路が搭載され、
前記電子回路は、前記面発光型発光素子を駆動させるためあるいは前記面発光型発光素子へ信号を送るために設置されている、面発光型発光素子の実装構造。In claim 14,
An electronic circuit is further mounted on the substrate on which the connection pads are formed,
The mounting structure of a surface-emitting light emitting device, wherein the electronic circuit is installed to drive the surface light emitting device or to send a signal to the surface light emitting device. 請求項１４または１５において、
前記バンプは金からなる、面発光型発光素子の実装構造。In claim 14 or 15,
The mounting structure of a surface-emitting type light emitting element, wherein the bump is made of gold. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の面発光型発光素子と、光導波路とを含む、光モジュール。An optical module comprising the surface-emitting light emitting device according to claim 1 and an optical waveguide. 請求項１７に記載の光モジュールを含む、光伝達装置。An optical transmission device comprising the optical module according to claim 17. 化合物半導体基板上に形成された発光素子部を含み、該基板と垂直方向に光を出射できる面発光型発光素子の製造方法であって、
（ａ）前記基板上に前記発光素子部を形成し、
（ｂ）少なくとも１つのパッドを形成し、
（ｃ）前記パッドに対して表面処理を行なうことにより、該パッド表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を５．０×１０−３μｍ以上にすること、を含む、面発光型発光素子の製造方法。Including a light emitting element portion formed on a compound semiconductor substrate, a method for manufacturing a surface emitting light emitting element capable of emitting light in a direction perpendicular to the substrate,
(A) forming the light emitting element on the substrate;
(B) forming at least one pad;
(C) performing a surface treatment on the pad to make the center line average roughness (Ra) of the pad surface equal to or more than 5.0 × 10 −3 μm; Production method. 請求項１９において、
前記（ｃ）において、前記表面処理は、前記パッドに対するプラズマまたはイオンビームの照射である、面発光型発光素子の製造方法。In claim 19,
In the method (c), the surface treatment is irradiation of a plasma or an ion beam to the pad. 請求項１９において、
前記（ｃ）において、前記表面処理は、前記パッドに対するウエット処理である、面発光型発光素子の製造方法。In claim 19,
In the method (c), the surface treatment is a wet treatment for the pad.
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