JP2006005254A - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】性能に優れた多数の光半導体装置をウェハ単位で安価に一括製造しうる光半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】各光半導体装置形成領域に受光素子１３２が形成された第１の基板１３０と、側面の一部が反射面または反射面の下地面となる突起部１２３を有する第２の基板１２０とを対向させて、突起部の底面と第１の基板の一部とを接合する。第２の基板１２０のうち突起部１２３を残して残部を除去してから、第１の基板１３０を受光素子基板ごとに分断する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光ディスクや光磁気ディスク等の光記録媒体に対し、情報の記録や読み出しを行う光ピックアップの個別部品が集積された光半導体装置の製造方法に関するものである。

ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光記録媒体に対し、情報の記録や読み出しを行うための重要な構成部品として光学ヘッドがある。光学ヘッドには、レーザ光を出射する半導体レーザや、受光素子、ビームスプリッタや対物レンズなどの光学部品を備える必要がある。

従来、光学ヘッドの構成をコンパクト化するため、例えば、特許文献１や特許文献２のような光半導体装置が開発されている。

図１４は、特許文献１の光半導体装置の構造を立体的に表した斜視図である。図１５は、特許文献２の光半導体装置の構造を示す斜視図である。

図１４に示す光半導体装置５０１は、シリコン基板である半導体基板５０２と、半導体基板５０２の主面５０３側に設けられた受光素子５０７及び信号増幅素子（図示せず）と、半導体基板５０２の主面５０３側に設けられた凹部５０４と、凹部５０４の底面５０６上に配置された半導体レーザ５０８とを備えている。凹部５０４の側面である斜面５０５は鏡面であり、斜面５０５により、半導体レーザ５０８の下部から出射されたレーザ光５０９を反射して、出射光として上方に送るようになっている。また、図示しない光ディスクからの反射光は受光素子５０７で受光される。この光半導体装置５０１の製造工程においては、半導体基板５０２上に半導体プロセスを用いて受光素子５０７および信号増幅素子を集積する。続いて、この半導体基板５０２の主面５０３に、異方性エッチングを用いて所定の深さの、側面が斜面である凹部５０４を形成する。次に、凹部５０４の底面５０６上に半導体レーザ５０８を、例えば、半田等を利用して所定の位置に接着・配置する。

図１５に示す光半導体装置５１０は、シリコン基板である半導体基板５０２と、半導体基板５０２の主面５０３側に設けられた受光素子５０７及び信号増幅素子（図示せず）と、半導体基板５０２の主面５０３上に、サブマウント５１１を挟んで搭載された半導体レーザ５０８と、半導体基板５０２の主面５０３上に、半導体レーザ５０８に対向して配置されたマイクロミラー５２４とを備えている。サブマウント５２４の斜面５２５は鏡面であり、斜面５２５により、半導体レーザ５０８の下部から出射されたレーザ光５０９を反射して、出射光として上方に送るようになっている。また、図示しない光ディスクからの反射光は受光素子５０７で受光される。
特開２００２―１７６０３９号公報（図１４） 特開平０９―２１８３０４号公報（図１５）

しかしながら、図１４，図１５に示す従来の光半導体装置においては、以下のような不具合があった。

例えば図１４に示す光半導体装置５０１においては、半導体基板５０２の一部に異方性エッチングにより凹部５０４を形成し、半導体レーザ５０８からのレーザ光５０９を斜面５０５で反射させるようにしている。このような構造の場合、レーザ光５０９の反射位置と受光素子５０７との位置関係を高精度に制御するためには、半導体レーザ５０８が配置される凹部５０４の底面５０６の位置・平坦性や、レーザ光５０９が反射される斜面５０５の位置を高精度に作製しなければならない。しかしながら、凹部５０４の底面５０６や斜面５０５の位置を確定する異方性エッチングの深さ方向の制御および底面の平坦性の制御は難しく、光半導体装置５０１の製造歩留まりを悪化させる要因となっていた。

さらに、半導体基板５０２の主面５０３から垂直方向に半導体レーザのレーザ光５０９を取り出すためには、凹部５０４の斜面５０５を底面５０６に対して概ね４５°傾いた角度で形成する必要がある。このような傾き概ね４５°の斜面を、一般的なアルカリ系のＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液を用いたシリコン基板の異方性エッチングにより形成するためには、基板として（１００）面から［１１１］方向に概ねね９．７°傾斜した面を主面としたシリコン基板を第２の基板５２０として使用する必要があった。従って、受光素子５０７、および信号増幅素子をこの基板上に作製するためには、特殊なシリコン基板に対応したプロセスが必要であり、この特殊なシリコン基板により、受光素子５０７は信号増幅素子の性能が制限されていた。

一方、図１５に示す光半導体装置５１０の構造では、レーザ光５０９の反射面を受光素子および信号増幅素子を集積した半導体基板５０２に直接形成しないため、前述の（１００）面から[１１１]方向に概ね９．７°傾斜した主面を有するシリコン基板を、受光素子および信号増幅素子を集積する基板として使用する必要がなくなり、これらの素子の性能が向上する。しかしながら、図１５に示す構成においては、同一の半導体ウエハに形成した多数の半導体基板５０２に対して、個々にマイクロミラー５２４を接着剤等を利用して実装する必要がある。その場合、マイクロミラー５２４の実装コストが高くなり、その結果、光半導体装置５１０の製造コストが高くなる。

本発明の目的は、性能に優れた多数の光半導体装置をウェハ単位で安価に一括製造しうる光半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の光半導体装置の製造方法は、多数の光半導体装置形成領域を有する第１の基板と、側面の一部が反射面または反射面の下地面となる突起部を有する第２の基板とを準備して、第２の基板と第１の基板との相対的な位置を調整しつつ、第２の基板と第１の基板との各一部同士を接合した後、第２の基板のうち突起部を残して残部を除去し、さらに、第１の基板を受光素子基板ごとに分断する方法である。

この方法により、第１の基板に半導体レーザを設置するための凹部を形成する必要がないことから、従来技術のような凹部形成の異方性エッチング条件の制御が不要になり、反射面または反射面の下地面の製造歩留まりが向上する．また、反射面または反射面の下地面の形成および受光素子や信号増幅素子の形成を別々に行うことができるため、全体として光半導体装置の製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。

また、第２の基板に形成した多数の突起部を第１の基板の各光半導体装置形成領域に高精度で一括して接合することが可能となるので、製造コストを低減することができる。さらに、受光素子や信号増幅素子が形成される第１の基板の材料は、反射面の形成に制約されることなく自由に選択することができるため、高性能な光半導体装置の作製が可能になる。

第２の基板として主面が（ 1 0 0）面から［ 1 1 1］方向に概ね９．７°傾斜している半導体基板を用い、第２の基板の主面の［ 0 1-1］方向にその一辺を持つ矩形状の領域を囲む溝部を形成しておいて、第２の基板を異方性エッチング溶液によりエッチングすることにより、第２の基板の主面に対して概ね４５°の角度で傾斜した鏡面の側面を有する逆テーパ状の突起部を容易に形成することができる。

その場合、第２の基板としてシリコン基板を用い、異方性エッチング溶液としてＫＯＨまたはＴＭＡＨを含む溶液を用いることができる。

特に、溝部を第２の基板の主面に垂直な方向から［ 1 1 1］方向に傾斜させて形成することにより、反射面または反射面の下地面となる突起部の側面を効率的に形成することができる。

また、第２の基板として主面が（ 1 0 0）面から［ 1 1 1］方向に概ね９．７°傾斜している化合物半導体基板を用い、第２の基板主面の[１−１０]方向にその一辺を持つ矩形状のエッチングマスクを用いて、異方性エッチング溶液により第２の基板をエッチングすることによっても、第２の基板の主面に対して概ね４５°の角度で傾斜した鏡面の側面を有する逆テーパ状の突起部を形成することができる。

第２の基板としてガリウム砒素基板を用いる場合には、異方性エッチング溶液として、Ｂｒ₂−ＣＨ₃ＯＨ系，ＨＣｌ−Ｈ₂Ｏ₂−Ｈ₂Ｏ系，Ｈ₂ＳＯ₄−Ｈ₂Ｏ₂−Ｈ₂Ｏ系，Ｈ₃ＰＯ₄−Ｈ₂Ｏ₂−Ｈ₂Ｏ系、ＨＮＯ₃−Ｈ₂Ｏ₂−Ｈ₂Ｏ系のうちから選ばれる少なくとも１つの溶液を用いることが好ましい。

第１の基板と第２の基板との各一部を接合させるには、第１，第２の基板の少なくとも一方の接触面に形成された金属膜や樹脂膜を加熱，加圧処理すれば、安価なウェハ単位の接合が可能になる。また、第１，第２の基板の少なくとも一方の接触面をプラズマにより活性化した後、少なくとも加熱、あるいは加圧処理してもよい。

第２の基板の突起部を残して他の部分を除去するには、研磨またはエッチングすることにより、容易かつ安価に第２の基板を薄膜化することができる。

さらに、第１の基板として、フォトリソグラフィー工程とメッキ工程により主面側に凸部が形成された基板を用い、第２の基板の主面側における突起部と突起部以外の領域との段差を第１の基板の凸部の高さよりも高くすることにより、半導体レーザが搭載されるサブマウントとなる凸部をウェハ単位で一括して製造することができる。

本発明の光半導体装置の製造方法によれば、性能に優れた多数の光半導体装置をウェハ単位で一括して安価に製造することが可能になる。

（第１の実施形態）
図１（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における光半導体装置の製造工程を示す断面図（左図）及び平面図（右図）である。以下、図１（ａ）〜図４（ｃ）を参照しながら、第１の実施形態における光半導体装置の製造方法について説明する。

まず、図１（ａ）に示す工程において、第２の基板１２０を例えば１２００℃程度の温度で酸化することにより、第２の基板１２０の主面１２４上に厚み０．５〜２μｍの酸化膜１２１（ＳｉＯ₂ 膜）を形成する。このとき、第２の基板１２０の裏面側にも同厚の酸化膜１２２（ＳｉＯ₂ 膜）が形成される。第２の基板１２０は、例えば、厚みが６００μｍのφ６インチの基板のシリコンウェハの一部であり、その主面１２４は（ 1 0 0）面から［ 1 1 1］方向に概ね９．７°傾斜した面で構成されている。本実施形態及び後述する各実施形態においては、見やすくするために、１つの光半導体装置形成領域しか図示されていないが、ウェハには多数の光半導体装置形成領域が設けられている。

次に、図１（ｂ）に示す工程で、第２の基板１２０の酸化膜１２１の一部と酸化膜１２２の全部を、フォトリソグラフィー等を用いてパターニングしたレジストで覆い、例えば弗酸系のエッチング液によりエッチングすることにより、酸化膜１２１のうち第１の基板１３０と接合する領域以外の領域を除去する。このとき、第２の基板１２０の傾き方向に垂直な方向である［ 0 1-1］方向にその一辺を有する矩形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンを用いて酸化膜１２１をパターニングする。これにより、エッチングマスクとなる酸化膜１２１の形状が定まる。

次に、図１（ｃ）に示す工程で、第２の基板１２０の主面１２４上の酸化膜１２１の各辺と平行に、例えばダイシングあるいはドライエッチングにより、矩形状の領域（酸化膜１２１）を囲む，例えば幅３０〜２３０μｍ、深さ１００〜５００μｍの溝部１２５を形成する。

次に、図２（ａ）に示す工程で、酸化膜１２１をエッチングマスクとして用い、第２の基板１２０を、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液あるいはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液により、異方性エッチングする。これにより、酸化膜１２１の下方に、下方に向かうほど狭くなるような，いわゆる逆テーパ状の突起部１２３と、さらにその下方における順テーパ状の突起部とを形成する。このとき、酸化膜１２１直下の突起部１２３には、第２の基板１２０の主面１２４に対して概ね４５°傾いた，反射面または反射面の下地面となる斜面１２７が形成されている。

次に、図２（ｂ）に示す工程で、第２の基板１２０上の酸化膜１２１を、例えば弗酸等によりエッチング除去する。このとき、第２の基板１２０の裏面上の酸化膜１２２も除去される。

次に、図２（ｃ）に示す工程で、第１の基板１３０を準備する。第１の基板１３０は、例えば、厚みが２００μｍのφ６インチのシリコンウェハの一部であり、半導体プロセスを用いて基板主面１３４上に受光素子１３２および信号増幅素子（図示しない）が形成されたものである。

そして、第１の基板１３０の主面１３４上の第２の基板１２０と接合されるべき領域にフォトリソグラフィーを用いて接着層１３１を形成する。このとき、例えば、第１の基板１３０の主面１３４上に、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と厚さ３００ｎｍのＡｕ膜とを順次積層した後、フォトリソグラフィーにより所定形状のレジスト膜を形成し、レジスト膜をエッチングマスクとして用いて、王水（硝酸：塩酸＝１：３）によりＡｕ膜をエッチングした後、弗酸等によりＴｉ膜をエッチングすることにより接着層１３１を形成する。

次に、図３（ａ）に示す工程で、第２の基板１２０の主面１２４と第１の基板１３０の主面１３４とが接合される位置を、アライナ等を利用して調整し、重ね合わせる。

次に、図３（ｂ）に示す工程で、第２の基板１２０と第１の基板１３０を例えば３７５℃，３０００Ｐａで加熱，加圧することにより、第２の基板１２０のシリコンと、第１の基板１３０の接着膜１３１のＡｕがシリコンと共晶化し、これにより二つの基板が互いに接着される。

次に、図３（ｃ）に示す工程で、第２の基板１２０をその裏面から研磨することにより、第２の基板１２０の突起部１２３以外の部分を除去する。

次に、図４（ａ）に示す工程で、開口を有する遮蔽膜１８０を用いたスパッタ蒸着法等の蒸着法により、突起部１２３の斜面１２７を含む側面及び上面上に反射膜１４０を形成する。このとき反射膜１４０は、波長７８０ｎｍや６６０ｎｍのレーザ光に対しては、例えば、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と、厚さ３００ｎｍのＡｕ膜とを積層した膜を用い、波長４０５ｎｍのレーザ光に対しては、例えば厚さ３００ｎｍのＡｌ膜と、厚さ１００ｎｍのＭｇＦ₂ 膜とを積層した膜を用いる。

次に、図４（ｂ）に示す工程で、半導体レーザ１５０を、サブマウント１５１を介して第１の基板１３０の主面１３４に実装する。

また、図４（ｂ）に示す工程の後、または図４（ｂ）に示す工程の前に、図４（ｃ）に示す工程で、例えばダイシングソー等の切断機１７０を用いて第１の基板１３０をダイシングラインに沿って切断することにより、第１の基板１３０を個々の光半導体装置に分離させる。このとき、分離された各第１の基板１３０が受光素子基板である。

ここで，図４（ｂ）に示す工程と、図４（ｃ）に示す工程とは、いずれを先に行なっても構わない。

本実施形態の光半導体装置の製造方法によれば、レーザ光の反射面または反射面の下地面となる斜面１２７が形成された第２の基板１２０と、少なくとも受光素子１３２が形成された第１の基板１３０とをいずれもウェハのままで接合することにより、図１４に示す従来の光半導体装置のような，凹部形成時の異方性エッチング条件の制御は不要であるので、斜面１２７の製造歩留まりが向上する．また、斜面１２７は第２の基板１２０に、受光素子や信号増幅素子の形成は第１の基板１２０に、個別に形成することができるので、全体として光半導体装置の製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。

また、第２の基板１２０に形成された多数のマイクロミラーである突起部１２３を、第１の基板１３０に高精度に一括に接合することが可能となるので、実装コストを低減することができる。さらに、受光素子、信号増幅素子の製造に利用される第１の基板１３０の材料は自由に選択することができるため、高性能な光半導体装置の製造が可能になる。

なお、第１の実施形態では、第２の基板１２０として、シリコンウェハを利用したが、他の半導体材料からなる基板を用いても、同じ効果を得ることは可能である。

なお、図１（ａ）に示す工程における酸化膜１２１の形成方法として、熱酸化法に代えて、水蒸気酸化法やスパッタ法やＣＶＤ法等の薄膜形成方法を用いた場合にも同じ効果が得られる。

なお、図２（ｃ）に示す工程において、接着層１３１を構成する金属膜の形成方法として、金属膜を形成しない領域をレジストで覆った後、金属膜をスパッタ法等の薄膜形成方法により堆積し、レジスト上の金属膜をリフトオフする方法を採用しても、本実施形態と基本的には同じ効果を発揮しうる構造を得ることができる。

なお、接着層１３１を構成する金属膜として、ＡｕとＳｎとの共蒸着膜や、Ａｕ膜の代わりにＡｌ膜を利用したＴｉ／Ａｌ積層膜等を用いても、図３（ｂ）に示す工程において、Ｔｉ／Ａｌ積層膜に適合する加熱・加圧処理を行うことで、本実施形態と同じ接合部を形成することができる。

なお、図４（ａ）に示す工程において、反射膜１４０の形成方法として、反射膜１４０を形成しない領域をレジスト膜で覆った後、金属膜をスパッタ法等の薄膜形成方法により堆積し、レジスト膜上の金属膜をリフトオフする方法を採用しても、本実施形態と基本的には同じ効果を発揮しうる構造を得ることができる。

なお、第１の実施形態では、第１の基板１３０と第２の基板１２０との接合方法として、金属膜からなる接着層１３１を形成したが、接着層１３１として金属膜に代えて樹脂膜を用いる方法や、接合面をプラズマ活性化により、金属膜を第１の基板１３０に直接接合する方法を採用しても、本実施形態と基本的には同じ効果を発揮しうる構造を得ることができる。

(第２の実施形態）
図５（ａ）〜図８（ｃ）は、本発明の第２の実施形態における光半導体装置の製造工程を示す断面図（左図）及び平面図（右図）である。以下、図５（ａ）〜図８（ｃ）を参照しながら、第２の実施形態における光半導体装置の製造方法について説明する。

まず、図５（ａ）に示す工程において、第２の基板２２０の主面２２４上に厚み２μｍの樹脂膜（例えばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂膜）２２１を形成する。また、第２の基板２２０の裏面側にも同厚の樹脂膜２２２を形成する。第２の基板２２０は、例えば、厚みが６００μｍのφ６インチの基板のシリコンウェハの一部であり、その主面２２４は（ 1 0 0）面から［ 1 1 1］方向に概ね９．７°傾斜した面で構成されている。

次に、図５（ｂ）に示す工程で、第２の基板２２０の樹脂膜２２１をパターニングして、樹脂膜２２１のうち第１の基板２３０と接合する領域以外の領域を除去する。このとき、第２の基板２２０の傾き方向に垂直な方向である［ 0 1-1］方向にその一辺を有する矩形状の樹脂膜２２１を形成する。これにより、接着層及びエッチングマスクとなる樹脂膜２２１の形状が定まる。

次に、図５（ｃ）に示す工程で、第２の基板２２０の主面２２４上の樹脂膜２２１の各辺と平行に、例えばダイシングあるいはドライエッチングにより、例えば幅３０〜２３０μｍ、深さ１００〜５００μｍの溝部２２５を形成する。このとき、斜面２２７の底辺となる辺に対してのみ、溝部２２５を第２の基板２２０の主面２２４に垂直な方向から［ 1 1 1］方向に傾斜させて形成する。

次に、図６（ａ）に示す工程で、樹脂膜２２１をエッチングマスクとして用い、第２の基板２２０を、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液あるいはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液により、異方性エッチングする。これにより、樹脂膜２２１の下方に、下方に向かうほど狭くなるような，いわゆる逆テーパ状の突起部２２３と、さらにその下方における順テーパ状の突起部とを形成する。このとき、樹脂膜２２１直下の突起部２２３には、第２の基板２２０の主面２２４に対して概ね４５°傾いた，反射面または反射面の下地面となる斜面２２７が形成されている。この斜面２２７は、第２の基板２２０の主面２２４に垂直な方向から［ 1 1 1］方向に傾斜させて形成された溝部２２５の影響により、第１の実施形態のごとく溝部を基板主面に対して垂直に形成した場合よりも、広い面積を有している。

図９は、切り込みよって第２の基板２２０に形成される溝部２２５の主面２２４に対する傾き角と、その後のエッチングによって形成される斜面２２７との関係を説明するための断面図である。同図に示すように、切り込みによって形成される溝部２２５の主面に対する角度が９０，６５，５５°の場合を比較すると、切り込みによって形成される溝部２２５の主面２２４に対する角度が５５°のときに、もっとも広い斜面２２７が得られることがわかる。

次に、図６（ｂ）に示す工程で、第１の基板２３０を準備する。第１の基板２３０は、例えば、厚みが２００μｍのφ６インチのシリコンウェハの一部であり、半導体プロセスを用いて基板主面２３４上に受光素子２３２および信号増幅素子（図示しない）が形成されたものである。

そして、第１の基板２３０の主面２３４上の第２の基板２２０と接合されるべき領域に接着層２３１を形成する。このとき、例えば、スピンコート法により概ね２μｍの厚みのＢＣＢ等の樹脂膜を形成し、フォトリソグラフィーを用いて、樹脂膜をパターニングすることにより、接着層２３１が形成される。

次に、図６（ｃ）に示す工程で、第２の基板２２０の主面２２４と第１の基板２３０の主面２３４とが接合される位置を、アライナ等を利用して調整し、重ね合わせる。このとき、例えば第１の基板２３０の主面２３４に形成された受光素子２３２と第２の基板２２０の主面２２４に形成された突起部２２３の一部とをアライメントのキーとして利用する。

次に、図７（ａ）に示す工程で、第２の基板２２０と第１の基板２３０を例えば３２０℃，３０００Ｐａで加熱，加圧することにより、第２の基板２２０の樹脂膜２２１と、第１の基板２３０の接着膜２３１とが結合し、これにより二つの基板が互いに接着される。

次に、図７（ｂ）に示す工程で、接合されている第２の基板２２０と第１の基板２３０との間に、例えばワックス等の充填剤２６０を注入する。

次に、図７（ｃ）に示す工程で、第２の基板２２０をその裏面から研磨することにより、第２の基板２２０の突起部２２３以外の部分を除去する。

次に、図８（ａ）に示す工程で、第１の基板２２０上に堆積されている充填剤２６０を、例えば酸素アッシングや有機溶媒により除去する。

次に、図８（ｂ）に示す工程で、例えば金属で構成された開口を有する遮蔽膜２８０を用いたスパッタ蒸着法等の蒸着法により、突起部２２３の斜面２２７を含む側面及び上面上に反射膜２４０を形成する。このとき反射膜２４０は、波長７８０ｎｍや６６０ｎｍのレーザ光に対しては、例えば、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と、厚さ３００ｎｍのＡｕ膜とを積層した膜を用い、波長４０５ｎｍのレーザ光に対しては、例えば厚さ３００ｎｍのＡｌ膜と、厚さ１００ｎｍのＭｇＦ₂ 膜とを積層した膜を用いる。

次に、図８（ｃ）に示す工程で、半導体レーザ２５０を、サブマウント２４１を介して第１の基板２３０の主面２３４に実装する。

また、図示しないが、図８（ｃ）に示す工程の後、または図８（ｃ）に示す工程の前に、例えばダイシングソー等の切断機を用いて第１の基板２３０をダイシングラインに沿って切断することにより、第１の基板２３０を個々の光半導体装置に分離させる。このとき、分離された各第１の基板２３０が受光素子基板である。

ここで、半導体レーザ２５０を第１の基板２３０上に実装する工程と、第１の基板２３０をダイシングする工程とは、いずれを先に行なっても構わない。

本実施形態の光半導体装置の製造方法によれば、レーザ光の反射面または反射面の下地面となる斜面２２７が形成された第２の基板２２０と、少なくとも受光素子２３２が形成された第１の基板２３０とをいずれもウェハのままで接合することにより、図１４に示す従来の光半導体装置のような，凹部形成時の異方性エッチング条件の制御は不要であるので、斜面１２７の製造歩留まりが向上する．また、斜面２２７は第２の基板２２０に、受光素子や信号増幅素子の形成は第１の基板２２０に、個別に形成することができるので、全体として光半導体装置の製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。

特に、第１の実施形態とは異なり、図５（ｃ）に示す工程において、溝部２２５を第２の基板２２０の主面２２４に垂直な方向から［ 1 1 1］方向に傾斜させて形成することにより、図９に示すように、広い斜面２２７を得ることができる。したがって、斜面２２７を効率的に形成することができ、製造コストのさらなる低減を図ることができる。

また、第２の基板２２０に形成された多数のマイクロミラーである突起部２２３を、第１の基板２３０に高精度に一括に接合することが可能となるので、実装コストを低減することができる。

なお、第２の実施形態では、第２の基板２２０として、シリコンウェハを利用したが、他の半導体材料からなる基板を用いても、同じ効果を得ることは可能である。

なお、図８（ｂ）に示す工程において、反射膜２４０の形成方法として、反射膜２４０を形成しない領域をレジスト膜で覆った後、金属膜をスパッタ法等の薄膜形成方法により堆積し、レジスト膜上の金属膜をリフトオフする方法を採用しても、本実施形態と基本的には同じ効果を発揮しうる構造を得ることができる。

なお、第２の実施形態では、第１の基板２３０と第２の基板２２０との接合方法として、樹脂膜２２１，２３１を使用した方法を説明しているが、樹脂膜に代えて金属膜を用いる方法や、接合面をプラズマ活性化により直接接合する方法を使用しても、本実施形態と基本的には同じ効果を発揮しうる構造を得ることができる。

(第３の実施形態）
図１０（ａ）〜図１３（ｃ）は、本発明の第３の実施形態における光半導体装置の製造工程を示す断面図（左図）及び平面図（右図）である。以下、図１０（ａ）〜図１３（ｃ）を参照しながら、第３の実施形態における光半導体装置の製造方法について説明する。

まず、図１０（ａ）に示す工程において、第１の基板３３０の主面３３４上に、例えばスピンコート法によりレジスト膜３５３を形成し、フォトリソグラフィー工程により、凸部３５２が形成される領域に開口部を形成する。第１の基板３３０は、例えば、厚みが２５０μｍのφ４インチのシリコンウェハの一部であり、その主面３３４上には、受光素子３３２及び信号増幅素子（図示せず）が形成されている。

次に、図１０（ｂ）に示す工程で、第１の基板３３０の主面３３４のうちレジスト膜３５３の開口部に位置する領域に、メッキ法により、例えばＡｕメッキ膜で構成される半導体レーザ実装用の凸部３５２を形成する。

次に、図１０（ｃ）に示す工程において、第２の基板３２０の主面上に、例えばプラズマＣＶＤ等を用いて厚さ０．５〜２μｍのＳｉＯ₂膜である酸化膜３２１を形成し、第２の基板３２０の裏面には、ワックス膜３２２を塗布する。第２の基板３２０は、例えば、厚みが６００μｍのφ４インチのガリウム砒素ウェハの一部であり、その主面３２４は（ 1 0 0）面から［ 1 1 1］方向に概ね９．７°傾斜した面で構成されている。

次に、図１１（ａ）に示す工程で、第２の基板３２０の酸化膜３２１の一部をレジスト膜によって覆い、例えば弗酸系のエッチング液によりエッチングすることにより、酸化膜３２１のうち第１の基板３３０と接合する領域以外の領域を除去する。このとき、第２の基板３２０の傾き方向に垂直な方向である［ 0 1-1］方向にその一辺を有する矩形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンを用いて酸化膜３２１をパターニングする。これにより、エッチングマスクとなる酸化膜３２１の形状が定まる。

次に、図１１（ｂ）に示す工程で、酸化膜３２１をエッチングマスクとして用い、第２の基板２２０を、Ｂｒ₂−ＣＨ₃ＯＨ（Ｂｒ−メタノール）溶液により、異方性エッチングする。これにより、酸化膜３２１の下方に、下方に向かうほど狭くなるような，いわゆる逆テーパ状の突起部３２３が形成される。このとき、酸化膜３２１直下の突起部３２３には、第２の基板３２０の主面３２４に対して概ね４５°傾いた，反射面または反射面の下地面となる斜面３２７が形成されている。同時に、第２の基板３２０の突起部３２３の高さが第１の基板３３０の凸部３５２の高さよりも大きくなるように、第２の基板３２０のうち突起部３２３以外の領域をエッチングする。

次に、図１１（ｃ）に示す工程で、第２の基板３２０上の酸化膜３２１を、例えば弗酸等によりエッチング除去し、裏面上のワックス膜３２２を、例えば有機溶媒及び酸素アッシング等により除去する。

次に、図１２（ａ）に示す工程で、第２の基板３２０の主面３２４と第１の基板３３０の主面３３４とが接合される位置を、アライナ等を利用して調整し、重ね合わせる。このとき、例えば第１の基板３３０の主面３３４に形成された凸部３５２と、第２の基板３２０の主面３２４に形成された突起部３２３の一部とをアライメントマークとして利用する。

次に、図１２（ｂ）に示す工程で、第２の基板３２０の主面３２４と第１の基板３３０の主面３３４とを例えばチャンバ内でプラズマ処理をした後、真空雰囲気で加熱、加圧することにより、第２の基板３２０を構成するガリウム砒素と、第１の基板３３０を構成するシリコンとが結合し、これにより二つの基板が互いに接合される。

次に、図１２（ｃ），図１３（ａ）に示す工程で、第２の基板３２０をその裏面から例えばＢｒ₂−ＣＨ₃ＯＨ溶液によりエッチングすることにより、第２の基板３２０の突起部３２３以外の部分を除去する。

次に、図１３（ｂ）に示す工程で、開口を有する遮蔽膜３８０を用いたスパッタ蒸着法等の蒸着法により、突起部３２３の斜面３２７を含む側面及び上面上に反射膜３４０を形成する。このとき反射膜３４０は、波長７８０ｎｍや６６０ｎｍのレーザ光に対しては、例えば、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜と、厚さ３００ｎｍのＡｕ膜とを積層した膜を用い、波長４０５ｎｍのレーザ光に対しては、例えば厚さ３００ｎｍのＡｌ膜と、厚さ１００ｎｍのＭｇＦ₂ 膜とを積層した膜を用いる。

次に、図１３（ｃ）に示す工程で、半導体レーザ３５０を、第１の基板３３０の主面３３４上の凸部３５２の上に実装する。

また、図１３（ｃ）に示す工程の後、または図８（ｃ）に示す工程の前に、例えばダイシングソー等の切断機を用いて第１の基板３３０をダイシングラインに沿って切断することにより、第１の基板３３０を個々の光半導体装置に分離させる。このとき、分離された各第１の基板３３０が受光素子基板である。

ここで、半導体レーザ３５０を第１の基板３３０上に実装する工程と、第１の基板３３０をダイシングする工程とは、いずれを先に行なっても構わない。

本実施形態の光半導体装置の製造方法によれば、レーザ光の反射面または反射面の下地面となる斜面３２７が形成された第２の基板３２０と、少なくとも受光素子３３２が形成された第１の基板３３０とをいずれもウェハのままで接合することにより、図１４に示す従来の光半導体装置のような，凹部形成時の異方性エッチング条件の制御は不要であるので、斜面３２７の製造歩留まりが向上する．また、斜面３２７は第２の基板３２０に、受光素子や信号増幅素子の形成は第１の基板３２０に、個別に形成することができるので、全体として光半導体装置の製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。

また、第２の基板３２０に形成された多数のマイクロミラーである突起部３２３を、第１の基板３３０に高精度に一括に接合することが可能となるので、実装コストを低減することができる。さらに、受光素子、信号増幅素子の製造に利用される第１の基板３３０の材料は自由に選択することができるため、高性能な光半導体装置の製造が可能になる。

なお、第３の実施形態では、第２の基板３２０として、ガリウム砒素ウェハを利用したが、例えばインジウム燐、ガリウム燐等の化合物半導体基板を利用した場合にも、各材料に適合した異方性エッチング液を利用することにより、本実施形態と基本的には同じ効果を発揮しうる構造及び効果が得られる。

なお、図１３（ａ）に示す肯定において、第２の基板３２０を裏面から薄膜化する方法として、ドライエッチングする方法や裏面研磨する方法を採用しても、本実施形態と基本的には同じ効果を発揮しうる構造を得ることができる。

なお、図１３（ｂ）に示す工程において、反射膜３４０の形成方法として、反射膜３４０を形成しない領域をレジスト膜で覆った後、金属膜をスパッタ法等の薄膜形成方法により堆積し、レジスト膜上の金属膜をリフトオフする方法を採用しても、本実施形態と基本的には同じ効果を発揮しうる構造を得ることができる。

なお、第３の実施形態では、第１の基板３３０と第２の基板３２０との接合方法として直接接合法を使用した方法を説明しているが、第２の基板３２０の接合面に、例えばＡｕあるいはＡｌを含む金属膜を用い、第１の基板３３０であるシリコンウェハのシリコンとＡｕあるいは、Ａｌを共晶化させて接合する方法もある。また、第１の基板３３０および２の基板３２０の各接合面に樹脂膜を形成して接合する方法もある。

本発明の光半導体装置の製造方法は、光ピックアップの個別部品が集積された光半導体装置の製造方法としてだけでなく、発光素子と光学素子を組み合わせた光半導体装置をウェハ単位で一括に製造方法としても有用である。例えば，バーコードリーダ用の光集積装置の製造方法としても利用できる。

（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第１の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，Ia-Ia線，Ib-Ib線及びIc-Ic線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第１の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，IIa-IIa線，IIb-IIb線及びIIc-IIc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第１の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，IIIa-IIIa線，IIIb-IIIb線及びIIIc-IIIc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第１の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，IVa-IVa線，IVb-IVb線及びIVc-IVc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第２の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，Va-Va線，Vb-Vb線及びVc-Vc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第２の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，VIa-VIa線，VIb-VIb線及びVIc-VIc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第２の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，VIIa-VIIa線，VIIb-VIIb線及びVIIc-VIIc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第２の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，VIIIa-VIIIa線，VIIIb-VIIIb線及びVIIIc-VIIIc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 第２の実施形態における切り込みよって第２の基板に形成される溝部の主面に対する傾き角と、その後のエッチングによって形成される斜面との関係を説明するための断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第３の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，Xa-Xa線，Xb-Xb線及びXc-Xc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第３の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，XIa-XIa線，XIb-XIb線及びXIc-XIc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第３の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，XIIa-XIIa線，XIIb-XIIb線及びXIIc-XIIc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、本発明の第３の実施形態における光半導体装置の製造工程の一部を示す，XIIIa-XIIIa線，XIIIb-XIIIb線及びXIIIc-XIIIc線における断面図（左図）及び平面図（右図）である。 特許文献１に記載されている従来の光半導体装置の構造を示す斜視図である。 特許文献２に記載されている従来の光半導体装置の構造を示す斜視図である。

符号の説明

１２０，２２０，３２０ 第２の基板
１２１，１２２，３２１ 酸化膜
３２２ ワックス
１２３，２２３，３２３ 突起部
１２４，２２４，３２４ 主面
１２５，２２５，３２５ 溝部
１２７，２２７，３２７ 斜面
１３０，２３０，３３０ 第１の基板
１３１ 金属膜
２３１ 樹脂膜
１３２，２３２，３３２ 受光素子
１３４，２３４，３３４ 基板主面
１４０，２４０，３４０ 反射膜
１５０，２５０，３５０ 半導体レーザ
１５１，２５１ サブマウント
３５２ 凸部
３５３ レジスト
２６０ 充填剤
１７０ ダイシングソー

Claims (12)

1. 主面側に受光素子が形成された受光素子基板と、上記受光素子基板の主面側に搭載された半導体レーザと、上記受光素子基板の主面側に設けられ、半導体レーザからのレーザ光を反射する反射面とを備えた光半導体装置の製造方法であって、
   多数の光半導体装置形成領域を有し、各光半導体装置形成領域に受光素子が形成された第１の基板を準備する工程（ａ）と、
   上記第１の基板の光半導体装置形成領域に対応して、裏面側に向かうほど狭くなる逆テーパ状に形成され、側面の一部が上記反射面または反射面の下地面となる突起部を有する第２の基板を準備する工程（ｂ）と、
   上記第２の基板と上記第１の基板との相対的な位置を調整しつつ、上記第１の基板及び第２の基板を互いに対向させて、上記第２の基板と第１の基板との各一部同士を接合する工程（ｃ）と、
   上記第２の基板のうち上記突起部を残して残部を除去する工程（ｄ）と、
   上記第１の基板を上記受光素子基板ごとに分断する工程（ｅ）と
   を含む光半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の光半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ｂ）は、上記第２の基板として、主面が（ 1 0 0）面から［ 1 1 1］方向に概ね９．７°傾斜している半導体基板を用い、
   上記第２の基板の主面の［ 0 1-1］方向にその一辺を持つ矩形状の領域を囲む溝部を形成する工程（ｂ１）と、
   上記第２の基板を異方性エッチング溶液によりエッチングすることにより、上記突起部を形成する工程（ｂ２）と
   を含む光半導体装置の製造方法。
3. 請求項２記載の光半導体装置の製造方法において、
   上記第２の基板として、シリコン基板を用い、
   上記異方性エッチング溶液としてＫＯＨまたはＴＭＡＨを含む溶液を用いる，光半導体装置の製造方法。
4. 請求項２または３記載の光半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ｂ１）では、上記溝部を上記第２の基板の主面に垂直な方向から［ 1 1 1］方向に傾斜させて形成する，光半導体装置の製造方法。
5. 請求項１記載の光半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ｂ）は、上記第２の基板として、主面が（ 1 0 0）面から［ 1 1 1］方向に概ね９．７°傾斜している化合物半導体基板を用い、
   上記第２の基板の主面上に[１−１０]方向にその一辺を持つ矩形状のエッチングマスクを形成する工程（ｂ３）と、
   上記エッチングマスクを用いて、異方性エッチング溶液により上記第２の基板をエッチングする工程（ｂ４）と
   を含む，光半導体装置の製造方法。
6. 請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
   上記第２の基板として、ガリウム砒素基板を用い、
   上記異方性エッチング溶液として、Ｂｒ₂−ＣＨ₃ＯＨ系，ＨＣｌ−Ｈ₂Ｏ₂−Ｈ₂Ｏ系，Ｈ₂ＳＯ₄−Ｈ₂Ｏ₂−Ｈ₂Ｏ系，Ｈ₃ＰＯ₄−Ｈ₂Ｏ₂−Ｈ₂Ｏ系、ＨＮＯ₃−Ｈ₂Ｏ₂−Ｈ₂Ｏ系のうちから選ばれる少なくとも１つの溶液を用いる，半導体装置の製造方法。
7. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の光半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ｃ）では、上記第１の基板と上記第２の基板とのうちいずれか一方または双方の接触面に形成された金属膜を加熱、加圧処理することにより接合する，光半導体装置の製造方法。
8. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の光半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ｃ）では、上記第１の基板と上記第２の基板とのうちいずれか一方または双方の接触面に形成された樹脂膜を加熱，加圧処理することにより接合する，光半導体装置の製造方法。
9. 請求項１〜８のうちいずれか１つに記載の光半導体装置の製造方法において、
   上記工程（ｃ）では、上記第１の基板と上記第２の基板とのうちいずれか一方または双方の接触面をプラズマにより活性化した後、少なくとも加熱または加圧処理することにより接合する，光半導体装置の製造方法。
10. 請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の光半導体装置の製造方法において、
    上記工程（ｄ）は、上記第２の基板を研磨する工程を含む，光半導体装置の製造方法。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか１つに記載の光半導体装置の製造方法において、
    上記工程（ｄ）は、上記第２の基板をエッチングする工程を含む，光半導体装置の製造方法。
12. 請求項１〜１１のうちいずれか１つに記載の光半導体装置の製造方法において、
    上記工程（ａ）は、上記第１の基板として、フォトリソグラフィー工程とメッキ工程により主面側に凸部が形成された基板を用い、
    上記工程（ｂ）では、上記第２の基板の主面側における突起部と突起部以外の領域との段差を上記第１の基板の凸部の高さよりも高くする，光半導体装置の製造方法。

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