JP2008244414A - 半導体光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極膜の応力による結晶破壊の虞をなくし、信頼性に優れた半導体光装置を提供する。
【解決手段】半導体基板に形成された活性面にほぼ垂直方向または平行方向に発光または受光する半導体光装置において、活性面側に形成され、活性面と接続された電極は、その端部においてステップ形状またはテーパ形状を有する半導体光装置により、解決できる。半導体光装置の電極は、接着層／拡散防止層／Ａｕの３層で形成され、ステップ形状またはテーパ形状は、Ａｕ層の膜厚差または接着層／拡散防止層／Ａｕの膜厚さにより、形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体発光装置および半導体受光装置等の半導体光装置に係り、特に信頼性に優れた半導体光装置に関する。

図１ないし図３を参照して、背景技術の半導体レーザ装置を説明する。ここで、図１は半導体レーザ装置の斜視図である。図２および図３は半導体レーザ装置の断面図である。
図１において、半導体レーザ装置は、ＩｎＰ基板１０に形成した活性層を含むストライプ６０の左右に電極の容量調整用のＰＡＤ３０を形成し、図示しないパッシベーション膜４０を形成したあと、ストライプ６０上にスルーホールを形成し、さらに電極膜２０を形成した後、電極膜２０をホトエッチングの手法で加工し、図１の右側のｐ電極を形成されている。なお、図示は省いたがｎ電極は、ＩｎＰ基板１０の裏面研磨の後、ＩｎＰ基板１０の裏面（下面）に形成されている。

なお、図１の左側の電極は、フロート電位にあり、半導体レーザ装置のハンドリングの便を図るために形成されている。また、レーザはストライプ６０の下部で発振し、前後方向に出射され、その出射比は、端面に設けた図示しない反射膜で決定される。

図２は、図１において破線で示した位置での断面図である。なお、本明細書では、断面図にハッチングは施さない。これは、図面の煩雑さを防ぐためである。図１で説明したように、ＰＡＤ３０は、ｐ電極およびフロート電極の下部に形成されている。パッシベーション膜４０は、半導体レーザ装置の活性面全体を覆い、ストライプ６０の一部であるメサ５０の上の部分が開口され、メサ５０と電極膜２０との電気的接続を得ている。

図３は、図１の一番手前の部分（出射端）の断面図である。半導体レーザ装置は、その出射端において、ストライプ６０全面を電極膜２０が覆い、幅約１μｍのメサ５０から、数μｍ〜１０μｍの両側位置に、電極膜端２０ｂがイオンミリングにて形成されている。この電極膜端２０ｂの位置は、その容量から設計されている。ここで、電極膜２０は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの蒸着膜であり、その膜厚は同じ順で１５０ｎｍ／４０ｎｍ／７５０ｎｍである。また、Ｔｉは下地との接着確保、ＰｔはＡｕの下地への拡散ストッパ、Ａｕは電流層およびワイヤボンディング用である。電極膜２０には膜成長時の応力が発生し、残留している。この応力は、非連続点である電極膜端２０ｂで最大となる。裏面研磨後のＩｎＰ基板１０の厚さは、９０μｍと薄い。一方、電極膜２０の応力はＧＰａのオーダの引っ張り応力である。この結果、電極膜２０の応力は、ＩｎＰ基板１０を、下に凸（電極膜面を内側）に歪ませる。なお、本明細書において、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕとの記載は、Ｔｉが最も下側（ＩｎＰ基板側）、Ａｕが最も上側であることを意味する。

発明者等の検討によれば、この歪みは、メサ５０の下方の電子およびホールの分布に、縦方向（紙面内上下方向）に濃くなったり、薄くなったりする影響を与える。この結果、レーザを発振させたときの電流密度が増加し、発生した熱の集中による結晶破壊の虞がある。半導体レーザ装置は、ヒートシンクに貼り付けたレーザモジュールの状態で、レーザ発振させるので、歪みは是正される。しかし、結晶破壊の虞は、対策しておく必要がある。

本発明の目的は、電極膜の応力による結晶破壊の虞をなくし、信頼性に優れた半導体光装置を提供することにある。

上述した課題は、半導体基板に形成された活性面にほぼ垂直方向または平行方向に発光または受光し、活性面側に形成され、活性面と接続された電極は、その端部においてステップ形状を有する半導体光装置により、達成できる。

本発明によれば、信頼性に優れた半導体光装置を提供することができる。

以下本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

実施例１を図４ないし図６を参照して説明する。ここで、図４は半導体レーザ装置の出射端部の部分断面図である。図５は半導体レーザ装置の加工プロセスを説明する図である。図６は半導体レーザ装置を適用した光送信モジュールのブロック図である。

図４において、半導体レーザ装置１００は、その出射端において、ストライプ６０全面を電極膜２０が覆い、幅約１μｍのメサ５０から、数μｍ〜１０μｍ離れた両側位置に、電極膜端２０ｂがイオンミリングにて形成されている。しかし、電極端２０ｂのメタライズは、Ｔｉ／Ｐｔの２層である。また、電極膜２０のＡｕ層は、電極端２０ｂの１〜３μｍ内側のＡｕ電極膜端２０ａまでとなっている。このように構成したのは、電極膜２０を構成するＴｉとＰｔとＡｕの応力を電極膜端２０ｂに集中させず、しかも、膜厚が最も厚く応力も大きいＡｕ電極膜端２０ａでは、Ｔｉ／Ｐｔ層は応力緩和層として機能するためである。

図５を参照して、図４のＡｕ電極膜端２０ａの加工プロセスを説明する。図５において、（ａ）はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着後の要部断面図、（ｂ）は電極エッチング用レジストパターン形成後の要部断面図、（ｃ）Ａｕウェットエッチング後の要部断面図、（ｄ）はＴｉ／Ｐｔドライエッチング後の要部断面図、（ｅ）はレジスト剥離後の要部断面図である。

図５（ａ）において、電極膜２０は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを１０ｎｍ〜１μｍの範囲で蒸着する。ここでは、それぞれ１５０ｎｍ／４０ｎｍ／７５０ｎｍ蒸着した。図５（ｂ）においてレジストパターン７０を形成した後、図５（ｃ）において、Ａｕをヨウ素とヨウ化アンモンの水溶液で、エッチングする。ここで、ヨウ素とヨウ化アンモンの水溶液は、ＡｕとＰｔとの間で選択エッチ可能である。なお、エッチングはジャストエッチで止めず、１〜３μｍ程度レジスト７０の下までエッチングが進んでから、停止する。図５（ｄ）において、Ｔｉ／Ｐｔは、同じレジストを用い、イオンミリングでエッチングする。ここで、イオンミリングによるエッチングは、異方性があり、横方向にはエッチングが進まない。この結果、図５（ｅ）に示すように、電極膜２０の全外周は、Ｔｉ／Ｐｔ部とＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ部との２段構造となっている。Ａｕ電極膜端２０ａは、Ｔｉ／Ｐｔ上に乗っているので、Ｔｉ／Ｐｔにより応力緩和される。これらの結果、メサ５０近傍の電極膜端部２０ｂおよびＡｕ膜端部２０ａの応力集中がなくなる。

上述した実施例に拠れば、信頼性に優れた半導体レーザ装置を得ることができた。なお、パッシベーション膜を介して活性層上に形成する電極膜は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕに限らず、Ｔｉ／Ｍｏ／Ａｕ等であっても良い。また、電極膜の各層の膜厚は、上述した実施例に限らない。また、導電型は逆であっても良い。半導体レーザ装置として、端面発光型を説明したが面発光型でも良い。半導体光受光装置も、Ａｕ配線を用いるので、さらに、端面受光型または面受光型の半導体光受光装置であっても良い。ここで半導体光装置は、半導体発光装置と半導体受光装置とを含む。
上述した実施例は、半導体レーザ装置で説明したが、パッシベーション膜のスルーホールで活性層と接続する少なくともＡｕ層を含む配線を有する半導体装置にも適用できる。

図６に示す光送信モジュール９００は、レーザモジュール９１０と、容量素子９２０を介してレーザモジュール９１０に駆動電流を供給するドライバ回路９３０とから構成されている。ドライバ回路９０３には、ＩＮ１端子９４０から正相電気信号、ＩＮ２端子９５０から逆相電気信号が供給される。また、レーザモジュール９１０は、半導体レーザ装置１００と、半導体レーザ装置１００と同じヒートシンク（図示せず）上に搭載された半導体レーザ装置１００の温度モニタ用サーミスタ９１２と、半導体レーザ装置１００のカソード側に接続された抵抗素子９１１とから構成されている。また、ドライバ回路９０３からの駆動電流は、半導体レーザ装置１００のアノードに供給されている。本実施例のレーザ素子１００は、電極端が２段構造なので信頼性が高い。その結果、レーザモジュールとしても高信頼性である。また、光送信モジュールとしても高信頼性である。

実施例２について図７を参照して説明する。ここで、図７は半導体レーザ装置の加工プロセスを説明する図である。図７において、（ａ）はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着後の要部断面図、（ｂ）は電極エッチング用レジストパターン形成後の要部断面図、（ｃ）Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕドライエッチ後の要部断面図、（ｄ）はレジスト剥離後の要部断面図、（ｅ）はリフトオフによるＡｕパターン形成後の要部断面図である。

図７（ａ）において、電極膜２０は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕはそれぞれ１５０ｎｍ／４０ｎｍ／１００ｎｍ蒸着する。図７（ｂ）においてレジストパターンを形成した後、図７（ｃ）において、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕをイオンミリングで、エッチングする。図７（ｄ）において、レジストパターンを剥離後、図示しないレジストパターン形成、Ａｕ６５０ｎｍの蒸着、レジスト剥離のリフトオフ工程を経て、図７（ｅ）に示すように、電極膜２０の全外周は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（１００ｎｍ）部とＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（７５０ｎｍ）部との２段構造となっている。この結果メサ５０近傍の電極膜２０の端部２０ｂおよび２０ａの応力集中がなくなる。

なお、図７（ａ）において、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕはそれぞれ１５０ｎｍ／４０ｎｍ／１００ｎｍ蒸着した。１００ｎｍのＡｕは酸化防止用であるが、Ｔｉ／Ｐｔのみ１５０ｎｍ／４０ｎｍ蒸着でも良い。この場合、リフトオフのＡｕを７５０ｎｍとする。

また、図示しないリフトオフ用のレジストパターンは、図８を用いて説明するように端部を逆テーパ状に形成することが好ましい。これは、Ａｕ蒸着はレジストパターンの下側に回りこむからである。この結果、リフトオフによる蒸着Ａｕのパターン端は、テーパが形成され、更に応力集中が軽減される。

上述した実施例に拠れば、信頼性に優れた半導体レーザ装置を得ることができた。なお、パッシベーション膜を介して活性層上に形成する電極膜は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕに限らず、Ｔｉ／Ｍｏ／Ａｕ等であっても良い。また、電極膜の各層の膜厚は、上述した実施例に限らず、１００ｎｍ／２５ｎｍ／５００ｎｍ程度でも良いし、８０ｎｍ／２０ｎｍ／４００ｎｍ程度でも良い。また、導電型は逆であっても良い。半導体レーザ装置として、端面発光型を説明したが面発光型でも良い。半導体光受光装置も、Ａｕ配線を用いるので、さらに、端面受光型または面受光型の半導体光受光装置であっても良い。ここで半導体光装置は、半導体発光装置と半導体受光装置とを含む。

また、実施例１と同様に、信頼性の高い半導体レーザ装置を用いることによって、信頼性の高いレーザモジュール、信頼性の高い光送信モジュールを提供することができる。信頼性の高い光受信モジュールを提供することもできる。

実施例３について図８を参照して説明する。ここで、図８は半導体レーザ装置の加工プロセスを説明する図である。図８において、（ａ）はスルーホール形成後の要部断面図、（ｂ）はリフトオフ用レジストパターン形成後の要部断面図、（ｃ）Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ蒸着後後の要部断面図、（ｄ）はリフトオフ用レジスト剥離後（リフトオフ後）の要部断面図である。

図８（ａ）において、ＩｎＰ基板１０に形成したメサ５０とＰＡＤ３０とを全面に覆うように形成されたパッシベーション膜４０は、メサ５０上にスルーホールを加工されている。図８（ｂ）において、電極パターンを残す位置を除いて、ＩｎＰ基板１０全面にレジストパターン８０を形成する。このレジストパターン８０は、電極膜２０をリフトオフ法により、加工するためであり、端部において逆テーパまたは逆ステップを形成されている。この逆テーパまたは逆ステップは、感度の高いポジ型レジストの上に、より感度の低いポジ型レジストを形成する２段レジストを１回の露光でパターン形成することにより、加工できる。また、現像液に対する溶解度の高い第１層上に、感光後より溶解度の低い第２層を形成することにより、加工できる。なお、後者の場合、第１層は感光性が無くともよい。

図８（ｃ）において、電極膜２０をＥＢ（Electron Beam）蒸着する。このとき、ＩｎＰ基板１０は、蒸着源に垂直な軸の周りを公転するだけでなく、ＩｎＰ基板１０自体で自転させる。ＩｎＰ基板１０の表面のありとあらゆる方向から、蒸着される。この結果、逆テーパまたは逆ステップを形成されたレジストパターン８０端部の内部には、電極膜２０にテーパ状またはステップ状の端部２０ｃが形成される。また、レジストパターン８０上にも電極膜２０が形成される。なお、電極膜２０は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕであり、その膜厚は１５０ｎｍ／４０ｎｍ／７５０ｎｍである。

図８（ｄ）において、レジストパターン８０を剥離・除去することにより、レジストパターン８０上に形成された電極膜２０も同時に除去され、リフトオフ法による電極パターンが形成される。電極２０の端部２０ｃには、テーパまたはステップが形成され、端部２０ｃのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの膜厚比は、概ね４：１：１９である。この結果、リフトオフによる蒸着Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕのパターン端は、テーパまたはステップが形成され、応力集中が軽減される。

上述した実施例に拠れば、信頼性に優れた半導体レーザ装置を得ることができた。なお、パッシベーション膜を介して活性層上に形成する電極膜は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕに限らず、Ｔｉ／Ｍｏ／Ａｕ等であっても良い。また、電極膜の各層の膜厚は、上述した実施例に限らず、１００ｎｍ／２５ｎｍ／５００ｎｍ程度でも良いし、８０ｎｍ／２０ｎｍ／４００ｎｍ程度でも良い。また、導電型は逆であっても良い。半導体レーザ装置として、端面発光型を説明したが面発光型でも良い。半導体光受光装置も、Ａｕ配線を用いるので、さらに、端面受光型または面受光型の半導体光受光装置であっても良い。ここで半導体光装置は、半導体発光装置と半導体受光装置とを含む。

また、実施例１と同様に、信頼性の高い半導体レーザ装置を用いることによって、信頼性の高いレーザモジュール、信頼性の高い光送信モジュールを提供することができる。信頼性の高い光受信モジュールを提供することもできる。

半導体レーザ装置の斜視図である。 半導体レーザ装置の断面図である。 半導体レーザ装置の出射端部の部分の断面図である。 半導体レーザ装置の出射端部の部分の断面図である。 半導体レーザ装置の加工プロセスを説明する図である。 半導体レーザ装置を適用した光送信モジュールのブロック図である。 半導体レーザ装置の他の加工プロセスを説明する図である。 半導体レーザ装置のさらに他の加工プロセスを説明する図である。

符号の説明

１０…ＩｎＰ基板、２０…電極膜、２０ａ…Ａｕ膜端、２０ｂ…電極膜端、２０ｃ…電極膜端、２１…Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（１００ｎｍ）、２２…Ａｕ（６５０ｎｍ）、３０…ＰＡＤ、４０…パッシベーション膜、５０…メサ、６０…ストライプ、７０…レジスト、８０…レジスト（リフトオフ用）、１００…半導体レーザ装置、９００…光送信モジュール、９１０…レーザモジュール。

Claims (6)

1. 半導体基板に形成された活性面にほぼ垂直方向または平行方向に発光または受光する半導体光装置において、
   前記活性面側に形成され、前記活性面と接続された電極は、その端部においてステップ形状またはテーパ形状を有することを特徴とする半導体光装置。
2. 請求項１に記載の半導体光装置であって、
   前記電極は、Ａｕ層を含む複数層で形成され、
   前記ステップ形状は、Ａｕ層の有無により、形成されていることを特徴とする半導体光装置。
3. 請求項１に記載の半導体光装置であって、
   前記電極は、Ａｕ層を含む複数層で形成され、
   前記ステップ形状は、Ａｕ層の膜厚差により、形成されていることを特徴とする半導体光装置。
4. 請求項３に記載の半導体光装置であって、
   前記Ａｕ層の膜厚差は、リフトオフにより、形成されていることを特徴とする半導体光装置。
5. 請求項１に記載の半導体光装置であって、
   前記電極は、接着層と拡散防止層と電流層とから構成され、その端部の前記テーパ形状またはステップ形状は、リフトオフにより、形成されていることを特徴とする半導体光装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の半導体光装置であって、
   半導体発光装置または半導体受光装置であることを特徴とする半導体光装置。

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