JP2006237061A - 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】 複数のミラー部１１７と、支持部１１８を形成した第２の基板１１０と、これらと表面に溝部１２３を形成した第３の基板１２０の表面とを接合する。第３の基板１２０の溝部１２３裏面から、第３の基板１２０を分断して梁１２４を形成し、複数のミラー部１１７を支持部１１８と梁１２４で保持する複合基板を形成する。複合基板と複数の受光素子１４２が形成された第１の基板１４０との相対的な位置を調整しつつ、複合基板と第１の基板１４０との各一部同士を接合する。さらに、第１の基板１４０を光半導体装置形成領域ごとに分断する。
【選択図】 図２

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１２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１３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１２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１３に示す光半導体装置５２０は、シリコン基板である半導体基板５２２と、半導体基板５２２の主面５２３側に設けられた受光素子５２７及び信号増幅素子（図示せず）と、半導体基板５２２の主面５２３上に、サブマウント５３０を挟んで搭載された半導体レーザ５２８と、半導体基板５２２の主面５２３上に、半導体レーザ５２８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。マイクロミラー５２４の斜面５２５は鏡面であり、斜面５２５により、半導体レーザ５２８の下部から出射されたレーザ光５２９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５２７で受光される。
特開２００２―１７６０３９号公報 特開平０９―２１８３０４号公報

しかしながら、図１２，図１３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１２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９．７°傾斜した面を主面としたシリコン基板を第３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１３に示す光半導体装置５２０の構造では、レーザ光５２９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５２２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１３に示す構成においては、同一の半導体ウェハに形成した多数の半導体基板５２２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５２０の製造コストが高くなる。

したがって、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である。

上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の光半導体装置の製造方法は、表面に受光部と回路を形成した受光素子と、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光を反射する反射面を有するミラー部とを搭載して構成される光半導体装置の製造方法であって、前記受光素子を複数備えた第１の基板を準備する工程（ａ）と、前記受光素子に対応して配置されるミラー部と、一列に並んだ隣り合う前記ミラー部をつなぐ梁部を複数備えた複合基板を準備する工程（ｂ）と、前記第１の基板と前記複合基板を互いに対向させて、前記第１の基板の表面と前記ミラー部の底面を接合する工程（ｃ）と、前記第１の基板と前記複合基板を、受光素子ごとに分割する工程とを含む。

請求項２記載の光半導体装置の製造方法は、請求項１記載の光半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）が、複数の前記ミラー部と、前記ミラー部を一括で保持するためにミラー部が配置される面上に支持部を設けた第２の基板を準備する工程と、前記反射面の上辺が一列に並んだ複数の前記ミラー部と前記支持部を保持する複数の前記梁部と、前記梁部間を連設して前記梁部と平行に一定の間隔で溝部を設けた第３の基板を準備する工程と、前記第２の基板と前記第３の基板を対向させ、前記一列に並んだ複数の前記ミラー部と前記支持部とを、前記梁部に接合する工程と、前記第３の基板裏面から、前記溝部を除去し、前記第３の基板の前記梁部と前記第２の基板の支持部で、複数の前記ミラー部を前記複合基板として保持する工程とを含む。

請求項３記載の光半導体装置の製造方法は、請求項１記載の光半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）が、複数の前記ミラー部と、前記ミラー部を一括で保持するためにミラー部が配置される面上に設ける支持部の基材となる第２の基板を準備し、前記ミラー部と前記支持部の予定領域にエッチングマスクと接着層を形成する工程と、前記反射面の上辺が一列に並んだ複数の前記ミラー部と前記支持部の予定領域を保持する複数の前記梁部と、前記梁部間を連設して前記梁部と平行に一定の間隔で溝部を設けた第３の基板を準備する工程と、前記第２の基板と前記第３の基板を対向させ、前記反射面の上辺が前記溝部上に位置し、前記接着層が梁部上に位置するように接合する工程と、前記第３の基板裏面から、前記溝部を除去し、前記エッチングマスクを形成した第２の基板を、異方性エッチング液によりエッチングし、前記ミラー部と前記支持部を形成する工程とを含む。

請求項４記載の光半導体装置の製造方法は、請求項１記載の光半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）が、複数の前記ミラー部を設けた第２の基板を準備する工程と、複数の前記ミラー部の反射面の上辺と平行な方向に一定間隔で並んだ複数の梁部と、前記複数の梁部を格子状に接続することで梁部間に貫通孔を形成した第３の基板を準備する工程と、前記第２の基板と前記第３の基板を対向させ、前記一列に並んだ複数の前記ミラー部を、前記梁部に接合する工程とを含む。

請求項５記載の光半導体装置の製造方法は、請求項１，２，３または４記載の光半導体装置の製造方法において、前記第２の基板として、主面が（１００）面から［１１１］方向に概ね９．７°傾斜しているシリコン基板を用い、前記第２の基板の主面の［０１−１］方向にその一辺を持つエッチングマスクを形成した後、少なくとも水酸化カリウム溶液、あるいはＴＭＡＨ溶液を利用した異方性エッチングによりミラー部を作製する。

請求項６記載の光半導体装置の製造方法は、請求項１，２，３または４記載の光半導体装置の製造方法において、一定間隔で並んだ前記ミラー部を保持する梁部間に、前記第１の基板上に前記半導体レーザを搭載するための空隙を設ける。

請求項７記載の光半導体装置の製造方法は、請求項１，２，３または４記載の光半導体装置の製造方法において、前記梁部の前記ミラー部反射面側の端面を、前記反射面の上辺から離して接合する。

本発明の請求項１記載の光半導体装置の製造方法によれば、受光素子を複数備えた第１の基板を準備する工程と、受光素子に対応して配置されるミラー部と、一列に並んだ隣り合うミラー部をつなぐ梁部を複数備えた複合基板を準備する工程と、第１の基板と複合基板を互いに対向させて、第１の基板の表面とミラー部の底面を接合する工程と、第１の基板と複合基板を、受光素子ごとに分割する工程とを含むので、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、複合基板に形成した複数のミラー部を第１の基板の各受光素子に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、反射面の形成条件として（１００）面から[１１１]方向に概ね９．７°傾斜した主面を有する基板を、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い。そのため、受光素子が形成される第１の基板の材料は、上記反射面の形成条件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。その結果、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。

請求項２では、受光素子に対応して配置されるミラー部と、一列に並んだ隣り合うミラー部をつなぐ梁部を複数備えた複合基板を準備する工程として、複数のミラー部と、ミラー部を一括で保持するためにミラー部が配置される面上に支持部を設けた第２の基板を準備する工程と、反射面の上辺が一列に並んだ複数のミラー部と支持部を保持する複数の梁部と、梁部間を連設して梁部と平行に一定の間隔で溝部を設けた第３の基板を準備する工程と、第２の基板と第３の基板を対向させ、一列に並んだ複数のミラー部と支持部とを、梁部に接合する工程と、第３の基板裏面から、溝部を除去し、第３の基板の梁部と第２の基板の支持部で、複数のミラー部を複合基板として保持する工程とを含むので、複合基板を容易に作製することができる。

請求項３では、受光素子に対応して配置されるミラー部と、一列に並んだ隣り合うミラー部をつなぐ梁部を複数備えた複合基板を準備する工程として、複数のミラー部と、ミラー部を一括で保持するためにミラー部が配置される面上に設ける支持部の基材となる第２の基板を準備し、ミラー部と支持部の予定領域にエッチングマスクと接着層を形成する工程と、反射面の上辺が一列に並んだ複数のミラー部と支持部の予定領域を保持する複数の梁部と、梁部間を連設して梁部と平行に一定の間隔で溝部を設けた第３の基板を準備する工程と、第２の基板と第３の基板を対向させ、反射面の上辺が溝部上に位置し、接着層が梁部上に位置するように接合する工程と、第３の基板裏面から、溝部を除去し、エッチングマスクを形成した第２の基板を、異方性エッチング液によりエッチングし、ミラー部と支持部を形成する工程とを含むので、複合基板を容易に作製することができる。

請求項４では、受光素子に対応して配置されるミラー部と、一列に並んだ隣り合うミラー部をつなぐ梁部を複数備えた複合基板を準備する工程として、複数のミラー部を設けた第２の基板を準備する工程と、複数の前記ミラー部の反射面の上辺と平行な方向に一定間隔で並んだ複数の梁部と、前記複数の梁部を格子状に接続することで梁部間に貫通孔を形成した第３の基板を準備する工程と、第２の基板と第３の基板を対向させ、一列に並んだ複数のミラー部を、梁部に接合する工程とを含むので、複合基板を容易に作製することができる。

請求項５では、第２の基板として、主面が（１００）面から［１１１］方向に概ね９．７°傾斜しているシリコン基板を用い、第２の基板の主面の［０１−１］方向にその一辺を持つエッチングマスクを形成した後、少なくとも水酸化カリウム溶液、あるいはＴＭＡＨ溶液を利用した異方性エッチングによりミラー部を作製するので、容易に概ね４５°の側面を有するミラー部を効果的に作製することができる。

請求項６では、一定間隔で並んだミラー部を保持する梁部間に、第１の基板上に半導体レーザを搭載するための空隙を設けるので、一括接合後の半導体レーザの搭載が可能になる。

請求項７では、梁部のミラー部反射面側の端面を、反射面の上辺から離して接合するので、梁部によるレーザ光の蹴られが発生する角度が減少し、ミラー部反射面を有効に使うことができる。

本発明の第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１（ａ）〜図３（ｂ）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斜視図である。

図３（ｂ）に示すように、この光半導体装置１０１は、表面に受光部と回路を形成した受光素子１４２と、レーザ光を出射する半導体レーザ１５０と、半導体レーザ１５０からのレーザ光を反射する反射面を有するミラー部１１７とを搭載して構成される。

以下、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。図１〜図３に示すように、受光素子１４２を複数備えた第１の基板１４０を準備する工程（ａ）と、受光素子に対応して配置されるミラー部１１７と、一列に並んだ隣り合うミラー部１１７をつなぐ梁部１２４を複数備えた複合基板を準備する工程（ｂ）と、第１の基板１４０と複合基板を互いに対向させて、第１の基板１４０の表面とミラー部１１７の底面を接合する工程（ｃ）と、第１の基板１４０と複合基板を、受光素子１４２ごとに分割する工程とを含む。また、工程（ｂ）は、複数のミラー部１１７と、ミラー部１１７を一括で保持するためにミラー部１１７が配置される面上に支持部１１８を設けた第２の基板１１０を準備する工程と、反射面の下地となる斜面１１９の上辺が一列に並んだ複数のミラー部１１７と支持部１１８を保持する複数の梁部１２４と、梁部１２４間を連設して梁部１２４と平行に一定の間隔で溝部１２３を設けた第３の基板１２０を準備する工程と、第２の基板１１０と第３の基板１２０を対向させ、一列に並んだ複数のミラー部１１７と支持部１１８とを、梁部１２４に接合する工程と、第３の基板裏面から、溝部１２３を除去し、第３の基板１２０の梁部１２４と第２の基板１１０の支持部１１８で、複数のミラー部１１７を複合基板として保持する工程とを含む。

この場合、まず、第２の基板１１０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１１０の表面上に厚み０．５〜２μｍの酸化膜１１１（ＳｉＯ_２膜）を形成する。このとき、第２の基板１１０の裏面側にも同厚の酸化膜（ＳｉＯ_２膜、図示しない）が形成される。第２の基板１１０は、例えば、厚みが３００μｍのφ６インチの基板のシリコンウェハであり、その表面は（１００）面から［１１１］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、限られた数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（ａ）に示す工程で、第２の基板１１０の裏面に形成した酸化膜上に第１の犠牲層（例えば、厚み１μｍのゲルマニウム薄膜、図示しない）を形成し、続いて、第１の接着層（例えば、厚み２μｍのＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂膜、図示しない）を形成し、第２の基板１１０と第４の基板１３０を、加熱・加圧することにより、第１の犠牲層と第１の接着層を介して、貼り合わせる。ここで、第４の基板１３０には、例えば厚みが３００φ６インチのガラス基板を用いる。

次に、図１（ｂ）に示す工程で、酸化膜１１１の一部を、フォトリソグラフィ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１１１のうちミラー部１１７の上面となる部分と、支持部１１８の上面となる部分以外の領域を除去する。このとき、ミラー部１１７の上面となる部分には、第２の基板１１０の傾き方向に垂直な方向である[０１−１]方向にその一辺を有するレジストパターンを形成し、支持部１１８の上面となる部分には、第２の基板１１０の傾き方向と平行な方向である[１１１]方向にその一辺を有するレジストパターンを形成し、これらのレジストパターンを用いて酸化膜１１１をパターニングする。これにより、複数のミラー部酸化膜１１５と、支持部酸化膜１１６が形成される。

次に、図１（ｃ）に示す工程で、ミラー部酸化膜１１５、支持部酸化膜１１６をエッチングマスクとして用い、第２の基板１１０の表面から、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、基板１１０の裏面まで異方性エッチングし、ミラー部１１７と支持部１１８が形成される。続いて、ミラー部酸化膜１１５と支持部酸化膜１１６を、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除去する。

次に、図１（ｄ）に示す工程で、第３の基板１２０の表面１２１の一部に第２の接着層１２９を形成した後、例えばダイシングソー（図示せず）のハーフカットを用いて、複数の溝部１２３を形成する。このとき、第３の基板１２０には、例えば厚みが０．４μｍでφ６インチの透明なガラス基板を利用し、第２の接着層１２９は、例えば感光性のＢＣＢ膜を厚み２μｍで成膜した後、フォトリソ工程を用いてパターニングして形成する。また、溝部１２３の深さは、２００μｍで、溝部１２３の幅は、図４に示すように、搭載する半導体レーザ１５０とサブマウント１５１の共振器方向の長さよりも長くする。

次に、図１（ｅ）に示す工程で、第３の基板１２０の表面１２１と、第２の基板１１０の表面を、後に形成される第２の基板１１０でミラー部１１７の斜面１１９の上辺１７４が溝部１２３に位置して（梁１２４の端面１６２を斜面１１９の上辺１７４から離して）、第３の接合層を介して、加熱加圧処理することにより接合する。これにより、図５に示すように、半導体レーザ１５０から出射されるレーザ光１５２の広がり角に対して梁部１２４での遮蔽を抑え、形成される反射面を有効に利用することができる。

次に、図２（ａ）に示す工程で、第３の基板１２０の裏面から、溝部１２３を形成した領域を、例えばダイシングソー（図示せず）のハーフカットダイシングをすることで、溝部１２３を除去し、第２の基板１１０のミラー部１１７と支持部１１８を保持する複数の梁１２４を形成する。

次に、図２（ｂ）に示す工程で、例えば過酸化水素水により、第１の犠牲層をエッチングして、第４の基板１３０を剥離する。

次に、図２（ｃ）に示す工程で、蒸着法（例えばスパッタ蒸着法）により、ミラー部１１７の斜面１１９に反射膜１８１を形成する。このとき反射膜１８１には、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ＭｇＦ_２膜とを積層した膜を用いる。

次に、図２（ｄ）に示す工程で、表面１４１に受光素子１４２を形成した第１の基板１４０の表面１４１上の、ミラー部１１７の底面に対応した領域に、第３の接着層１４３（例えば、厚み２μｍのＢＣＢ樹脂膜）を形成する。

次に、図２（ｅ）に示す工程で、ミラー部１１７の一部と、第１の基板１１０の一部を、２つの梁１２４との間から観察し位置合わせし、ミラー部１１７の底面と第３の接着層１４３を、加熱加圧処理により貼り合せる。

次に、図３（ａ）に示す工程で、例えばダイシングソー（図示せず）により、第１の基板１４０を個々の光半導体装置１０１に分離させる。

次に、図３（ｂ）に示す工程で、半導体レーザ１５０を、サブマウント１５１を介して光半導体装置１０１の表面１４１上に実装する。

ここで，図３（ａ）に示す工程と、図３（ｂ）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１１９を有するミラー部１１７を作製する際に、第２の基板１１０を裏面までエッチングするため、図１２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り、斜面１１９およびミラー部１１７の製造歩留まりが向上する．
また、斜面１１９は第２の基板１１０に、受光素子は第１の基板１４０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１１０に形成された複数のミラー部１１７を、同時に形成された支持部１１８と共に、第３の基板１２０から形成された複数の梁１２４で保持した後、第１の基板１４０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、受光素子や回路の製造に利用される第１の基板１４０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１１０として、シリコン基板を利用したが、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、酸化膜１１１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、第１の実施形態では、第３の基板の加工にダイシングソーを利用したが、同様の形状が得られるドライエッチング技術や、レーザ加工技術を利用した場合にも同じ効果を得ることが可能である。

本発明の第２の実施形態を図６〜図８に基づいて説明する。図６（ａ）〜図８（ｂ）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である。

以下、図６（ａ）〜図８（ｂ）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。

第１の実施形態において、一列に並んだ隣り合うミラー部２１７をつなぐ梁部２２４を複数備えた複合基板を準備する工程（ｂ）が、複数のミラー部２１７と、ミラー部２１７を一括で保持するためにミラー部２１７が配置される面上に設ける支持部２１８の基材となる第２の基板２１０を準備し、ミラー部２１７と支持部２１８の予定領域にエッチングマスク２１５，２１６と接着層２７５，２７６を形成する工程と、反射面の下地となる斜面２１９の上辺２７４が一列に並んだ複数のミラー部２１７と支持部２１８の予定領域を保持する複数の梁部２２４と、梁部２２４間を連設して梁部２２４と平行に一定の間隔で溝部２２３を設けた第３の基板２２０を準備する工程と、第２の基板２１０と第３の基板２２０を対向させ、斜面２１９の上辺２７４が溝部２２３上に位置し、接着層２７５，２７６が梁部２２４上に位置するように接合する工程と、第３の基板裏面から、溝部２２３を除去し、エッチングマスク２１５，２１６を形成した第２の基板２１０を、異方性エッチング液によりエッチングし、ミラー部２１７と支持部２１８を形成する工程とを含む。

この場合、まず、第２の基板２１０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２１０の表面上に厚み０．５〜２μｍの酸化膜（ＳｉＯ_２膜、図示しない）を形成する。このとき、第２の基板２１０の裏面側にも同厚の酸化膜（ＳｉＯ_２膜、図示しない）が形成される。第２の基板２１０は、例えば、厚みが３００μｍのφ６インチの基板のシリコンウェハであり、その表面２１３は（１００）面から［１１１］方向に概ね９．７°傾斜した面で構成されている。

次に、図６（ａ）に示す工程で、酸化膜の一部をフォトリソグラフィ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、酸化膜のうちミラー部２１７形成用のミラー部酸化膜２１５と支持部２１８形成用の支持部酸化膜２１６を形成する。このとき、ミラー部酸化膜２１５となる部分には、第２の基板２１０の傾き方向に垂直な方向である[０１−１]方向にその一辺を有するレジストパターンを形成し、支持部酸化膜２１６の上面となる部分には、第２の基板２１０の傾き方向と平行な方向である[１１１]方向にその一辺を有するレジストパターンを形成し、これらのレジストパターンを用いて酸化膜をパターニングする。これにより、複数のミラー部酸化膜２１５と、支持部酸化膜２１６が形成される。

次に、図６（ｂ）に示す工程で、複数のミラー部酸化膜２１５と支持部酸化膜２１６の表面に、第１の接着層としてミラー部接着層２７５と支持部接着層２７６を形成する。このとき、例えば第１の接着層としては、感光性のＢＣＢ樹脂を用い、スピンコート法で基板全面に厚み２μｍで形成した後、フォトリソ工程により所望の形状にパターニングする。このとき、ミラー部接着層２７５と支持部接着層２７６はそれぞれミラー部酸化膜２１５と支持部酸化膜２１６よりも一回り小さな形状とする。

次に、図６（ｃ）に示す工程で、第３の基板２２０の表面２２１から、例えばダイシングソーのハーフカットダイシングにより、溝部２２３を形成する。このとき、第３の基板としては、例えば厚み約４００μｍのガラス基板を用い、深さ約２００μｍの溝部を形成する。

次に、図６（ｄ）に示す工程で、第２の基板２１０の裏面と、第３の基板２２０の表面を互いに対向させ、位置合わせして、第１の接着層を介して加熱加圧処理により接合する。このとき、第２の基板２１０に形成されるミラー部２１７の斜面２１９の上辺２７４となるミラー部酸化膜２１５の一辺を第３の基板２２０の溝部２２３と平行に配置し、さらに、反射面の下地となる斜面２１９の上辺２７４が、第３の基板２２０とは接合せず、溝部２２３上に位置する形で、接合する。

次に、図６（ｅ）に示す工程で、第３の基板２２０の裏面から、溝部２２３を形成した領域を、例えばダイシングソー（図示せず）のハーフカットダイシングをすることで、溝部２２３を除去し、第２の基板のミラー部２１７と支持部２１８を保持する複数の梁２２４を形成する。

次に、図７（ａ）に示す工程で、複数のミラー部酸化膜２１５と支持部酸化膜２１６をエッチングマスクとして用い、第２の基板２１０の表面２１３から、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、第２の基板２１０の裏面まで異方性エッチングし、斜面２１９を有するミラー部２１７と支持部２１８を形成する。続いて、第２の基板２１０の表面の酸化膜の一部と、裏面に形成された酸化膜を、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除去する。このエッチングの際に、ミラー部２１７がミラー部酸化膜２１５の除去により、第３の基板２２０から剥離しないように、エッチング時間を調節する。

次に、図７（ｂ）に示す工程で、蒸着法（例えばスパッタ蒸着法）により、ミラー部２１７の斜面２１９に反射膜２８１を形成する。このとき反射膜２８１には、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ＭｇＦ_２膜とを積層した膜を用いる。

次に、図７（ｃ）に示す工程で、表面２４１に受光素子と回路を形成した第１の基板２４０の表面２４１上で、ミラー部２１７の底面に対応した領域に、第２の接着層２４３（例えば、厚み２μｍのＢＣＢ樹脂膜）を形成する。第１の基板２４０には、厚み３００μｍでφ６インチの例えば、シリコンウェハを利用する。

次に、図７（ｄ）に示す工程で、ミラー部２１８の一部と、基板２４０の一部を、梁２２４の表面２２１から通して観察し位置合わせして、ミラー部２１８の底面と接着層２４３を、加熱加圧処理により貼り合せる。

次に、図８（ａ）に示す工程で、例えばダイシングソー等を用いて第２の基板２１０をダイシングラインに沿って切断することにより、第２の基板２１０を個々の光半導体装置２０１に分離させる。

次に、図８（ｂ）に示す工程で、半導体レーザ２５０を、サブマウント２５１を介して第２の基板２１０の表面２１１上に実装する。

ここで，図８（ａ）に示す工程と、図８（ｂ）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２１９を有するミラー部２１７を作製する際に、第２の基板２１０を裏面までエッチングするため、図１２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り、斜面２１９およびミラー部２１７の製造歩留まりが向上する。

また、斜面２１９は第２の基板２１０に、受光素子や信号増幅素子の形成は第１の基板２４０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２１０に形成された多数のミラー部２１７を、同時に形成された支持部２１８と共に、第３の基板２２０から形成された複数の梁２２４で保持した後、第１の基板２４０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、受光素子や回路の製造に利用される第１の基板２４０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２の実施形態では、第２の基板２１０として、シリコン基板を利用したが、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、第２の基板２１０の酸化膜の形成方法として、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、第２の実施形態では、第３の基板の加工にダイシングソーを利用したが、同様の形状が得られるドライエッチング技術や、レーザ加工技術を利用した場合にも同じ効果を得ることが可能である。

本発明の第３の実施形態を図９〜図１１に基づいて説明する。図９（ａ）〜図１１（ｂ）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である。

以下、図９（ａ）〜図１１（ｂ）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。

第１の実施形態において、一列に並んだ隣り合うミラー部３１７をつなぐ梁部３２４を複数備えた複合基板を準備する工程（ｂ）が、複数のミラー部３１７を設けた第２の基板３１０を準備する工程と、複数のミラー部３１７の反射面の下地となる斜面３１９の上辺と平行な方向に一定間隔で一列に並んだ複数の梁部３２４と、複数の梁部３２４を格子状に接続することで梁部３２４間に貫通孔３２５を形成した第３の基板３２０を準備する工程と、第２の基板３１０と第３の基板３２０を対向させ、一列に並んだ複数のミラー部３１７を、梁部３２４に接合する工程とを含む。

この場合、まず、第２の基板３１０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３１０の表面上に厚み０．５〜２μｍの酸化膜３１１（ＳｉＯ_２膜）を形成する。このとき、第２の基板３１０の裏面側にも同厚の酸化膜（ＳｉＯ_２膜、図示しない）が形成される。第２の基板３１０は、例えば、厚みが３００μｍのφ６インチの基板のシリコンウェハであり、その表面は（１００）面から［１１１］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、限られた数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９（ａ）に示す工程で、第２の基板３１０の裏面に形成した酸化膜上に第１の犠牲層（例えば、厚み１μｍのゲルマニウム薄膜、図示しない）を形成し、続いて、第１の接着層（例えば、厚み２μｍのＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂膜、図示しない）を形成し、第２の基板と第４の基板３３０を、加熱加圧することにより、第１の犠牲層と第１の接着層を介して、貼り合わせる。ここで、第４の基板３３０には、例えば厚みが３００φ６インチのガラス基板を用いる。

次に、図９（ｂ）に示す工程で、酸化膜３１１の一部を、フォトリソグラフィ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３１１のうちミラー部３１７の上面となる部分以外の領域を除去する。このとき、ミラー部３１７の上面となる部分には、第２の基板３１０の傾き方向に垂直な方向である[０１−１]方向にその一辺を有するレジストパターンを形成し、このレジストパターンを用いて酸化膜３１１をパターニングする。これにより、複数のミラー部酸化膜３１５が形成される。

次に、図９（ｃ）に示す工程で、ミラー部酸化膜３１５をエッチングマスクとして用い、第２の基板３１０の表面から、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、第２の基板３１０の裏面まで異方性エッチングし、ミラー部３１７が形成される。続いて、ミラー部酸化膜３１５を、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除去する。

次に、図９（ｄ）に示す工程で、第３の基板３２０に対して、例えばサンドブラスト加工を用いて貫通孔３２５を形成する。ここで、例えば第３の基板３２０としては、厚み３００μｍでφ６インチのガラス基板を用い、複数のミラー部３１７の斜面３１９の上辺と平行な方向に、一定間隔で一列に並んだ梁部３２４と、複数の梁部３２４を支持部により格子状に接続することで梁部３２４間に貫通孔３２５を形成する。

次に、図９（ｅ）に示す工程で、第３の基板３２０の表面と、第２の基板３１０の表面を、第２の基板のミラー部３１７の斜面３１９の上辺が貫通孔３２５上に配置されるように、第２の基板３１０と第３の基板３２０を位置あわせして、第３の基板３２０の表面上に、ディスペンサ等を用いて塗布した接合層（例えば、ポリイミド系樹脂）を介して、加熱加圧処理することにより接合する。

次に、図１０（ａ）に示す工程で、第２の基板３１０と第４の基板３３０の間に形成された第２の犠牲層（図示せず）を、例えば過酸化水素水によりエッチングし、第４の基板３３０を剥離する。

次に、図１０（ｂ）に示す工程で、蒸着法（例えばスパッタ蒸着法）により、ミラー部３１７の斜面３１９に反射膜３８１を形成する。このとき反射膜３８１には、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ＭｇＦ_２膜とを積層した膜を用いる。

次に、図１０（ｃ）に示す工程で、表面３４１に受光素子３４２を形成した基板３４０の表面３４１上の、ミラー部３１７の底面に対応した領域に、第３の接合層３４３（例えば、厚み２μｍのＢＣＢ樹脂膜）を形成する。

次に、図１０（ｄ）に示す工程で、ミラー部３１７の一部と、基板３４０の一部を、貫通孔２２５から観察し位置合わせし、ミラー部３１７の底面と第３の接合層３４３を、加熱加圧処理により貼り合せる。

次に、図１１（ａ）に示す工程で、例えばダイシングソー（図示せず）により、第３の基板を個々の光半導体装置３０１に分離させる。

次に、図１１（ｂ）に示す工程で、半導体レーザ３５０を、サブマウント３５１を介して光半導体装置３０１の表面３４１上に実装する。

ここで，図１１（ａ）に示す工程と、図１１（ｂ）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３１９を有するミラー部３１７を作製する際に、第２の基板３１０を裏面までエッチングするため、図１２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り、斜面３１９およびミラー部３１７の製造歩留まりが向上する．
また、斜面３１９は第２の基板３１０に、受光素子や信号増幅素子の形成は第１の基板３４０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３１０に形成された多数のミラー部３１７を、第３の基板３２０で保持した後、第１の基板３４０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、受光素子や回路の製造に利用される第１の基板３４０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３１０として、シリコン基板を利用したが、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、第３の基板３２０として、ガラス基板を用いたが、半導体基板を利用しても同じ効果を得ることは可能である。

なお、第３の基板３２０への貫通孔３２５の形成方法として、サンドブラスト法にかえて、エッチング法や、レーザ加工法を利用した場合にも同じ効果が得られる。

なお、酸化膜３１１の形成方法として、熱酸化法にかえて、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、第３の基板３２０の表面上に接着層を形成する方法として、ディスペンサによる塗布法にかえて、スプレー塗布した樹脂をパターニングして形成する方法を用いた場合にも同じ効果が得られる。

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）〜（ｅ）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斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）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斜視図である。 （ａ）〜（ｂ）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斜視図である。 半導体レーザ搭載用の梁部間に設ける空隙を説明する断面図である。 梁部とミラー部の反射面の位置関係を説明する断面図である。 （ａ）〜（ｅ）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斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）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斜視図である。 （ａ）〜（ｂ）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斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）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斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）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斜視図である。 （ａ）〜（ｂ）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斜視図である。 従来例の光半導体装置構造を示す斜視図である。 別の従来例の光半導体装置構造を示す斜視図である。

符号の説明

１１０，２１０，３１０ 第２の基板
１１１，３１１ 酸化膜
１１５，２１５，３１５ ミラー部酸化膜
１１６，２１６ 支持部酸化膜
１１７，２１７，３１７ ミラー部
１１８，２１８ 支持部
１１９，２１９，３１９ 斜面
１２０，２２０，３２０ 第３の基板
１２１，２２１，３２１ 基板表面
１２３，２２３ 溝部
１２４，２２４，３２４ 梁
１２９，２４３ 第２の接着層
１３０ ，３３０ 第４の基板
１４０，２４０，３４０ 第１の基板
１４１，２４１，３４１ 基板表面
１４２，２４２，３４２ 受光素子
１４３，３４３ 第３の接着層
１８１，２８１，３８１ 反射膜
１０１，２０１，３０１ 光半導体装置
１５０，２５０，３５０ 半導体レーザ
１５１，２５１，３５１ サブマウント
１５２ レーザ光
１６１ 空隙
１６２ 端面
２１３ 基板表面
１７４，２７４ 上辺
２７５ ミラー部接着層
２７６ 支持部接着層
３２５ 貫通孔

Claims (7)

1. 表面に受光部と回路を形成した受光素子と、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光を反射する反射面を有するミラー部とを搭載して構成される光半導体装置の製造方法であって、
   前記受光素子を複数備えた第１の基板を準備する工程（ａ）と、
   前記受光素子に対応して配置されるミラー部と、一列に並んだ隣り合う前記ミラー部をつなぐ梁部を複数備えた複合基板を準備する工程（ｂ）と、
   前記第１の基板と前記複合基板を互いに対向させて、前記第１の基板の表面と前記ミラー部の底面を接合する工程（ｃ）と、
   前記第１の基板と前記複合基板を、受光素子ごとに分割する工程とを含む光半導体装置の製造方法。
2. 前記工程（ｂ）が、複数の前記ミラー部と、前記ミラー部を一括で保持するためにミラー部が配置される面上に支持部を設けた第２の基板を準備する工程と、
   前記反射面の上辺が一列に並んだ複数の前記ミラー部と前記支持部を保持する複数の前記梁部と、前記梁部間を連設して前記梁部と平行に一定の間隔で溝部を設けた第３の基板を準備する工程と、
   前記第２の基板と前記第３の基板を対向させ、前記一列に並んだ複数の前記ミラー部と前記支持部とを、前記梁部に接合する工程と、
   前記第３の基板裏面から、前記溝部を除去し、前記第３の基板の前記梁部と前記第２の基板の支持部で、複数の前記ミラー部を前記複合基板として保持する工程とを含む請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
3. 前記工程（ｂ）が、複数の前記ミラー部と、前記ミラー部を一括で保持するためにミラー部が配置される面上に設ける支持部の基材となる第２の基板を準備し、前記ミラー部と前記支持部の予定領域にエッチングマスクと接着層を形成する工程と、
   前記反射面の上辺が一列に並んだ複数の前記ミラー部と前記支持部の予定領域を保持する複数の前記梁部と、前記梁部間を連設して前記梁部と平行に一定の間隔で溝部を設けた第３の基板を準備する工程と、
   前記第２の基板と前記第３の基板を対向させ、前記反射面の上辺が前記溝部上に位置し、前記接着層が梁部上に位置するように接合する工程と、
   前記第３の基板裏面から、前記溝部を除去し、前記エッチングマスクを形成した第２の基板を、異方性エッチング液によりエッチングし、前記ミラー部と前記支持部を形成する工程とを含む請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
4. 前記工程（ｂ）が、複数の前記ミラー部を設けた第２の基板を準備する工程と、
   複数の前記ミラー部の反射面の上辺と平行な方向に一定間隔で並んだ複数の梁部と、前記複数の梁部を格子状に接続することで梁部間に貫通孔を形成した第３の基板を準備する工程と、
   前記第２の基板と前記第３の基板を対向させ、前記一列に並んだ複数の前記ミラー部を、前記梁部に接合する工程とを含む請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
5. 前記第２の基板として、主面が（１００）面から［１１１］方向に概ね９．７°傾斜しているシリコン基板を用い、前記第２の基板の主面の［０１−１］方向にその一辺を持つエッチングマスクを形成した後、少なくとも水酸化カリウム溶液、あるいはＴＭＡＨ溶液を利用した異方性エッチングによりミラー部を作製する請求項１，２，３または４記載の光半導体装置の製造方法。
6. 一定間隔で並んだ前記ミラー部を保持する梁部間に、前記第１の基板上に前記半導体レーザを搭載するための空隙を設ける請求項１，２，３または４記載の光半導体装置の製造方法。
7. 前記梁部の前記ミラー部反射面側の端面を、前記反射面の上辺から離して接合する請求項１，２，３または４記載の光半導体装置の製造方法。

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