JP2011077456A - 半導体光素子及び半導体光デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】歩留まりの安定化に向けての生産管理の簡単化を図ることができる半導体光素子及び半導体光デバイスを提供する。
【解決手段】半導体光素子11Aでは、半導体層13の積層方向に形成された溝を識別マーク25Aとしており、この溝を出射端面Lに露出するように形成していることで、識別マーク25Aが光の出射端面L側から見て認識可能となっている。このため、半導体光素子11Aにレンズキャップ3を被せてパッケージ化し、半導体光デバイス1とした後であっても、球レンズ7を通して識別マーク25Aを認識することが可能となる。したがって、レンズキャップ3の固定後に別の識別番号を付与し直す必要がなくなるので、歩留まりの安定化に向けての生産管理の簡単化を図ることができる。
【選択図】図2
【解決手段】半導体光素子11Aでは、半導体層13の積層方向に形成された溝を識別マーク25Aとしており、この溝を出射端面Lに露出するように形成していることで、識別マーク25Aが光の出射端面L側から見て認識可能となっている。このため、半導体光素子11Aにレンズキャップ3を被せてパッケージ化し、半導体光デバイス1とした後であっても、球レンズ7を通して識別マーク25Aを認識することが可能となる。したがって、レンズキャップ3の固定後に別の識別番号を付与し直す必要がなくなるので、歩留まりの安定化に向けての生産管理の簡単化を図ることができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体光素子及び半導体光デバイスに関する。
半導体光素子及びこれを用いた半導体光デバイスの製造工程では、半導体ウェハから多数の半導体光素子を切り出してチップ化する工程や、チップ化した半導体光素子をステム上にマウントし、素子の光出射端面に対応するレンズキャップを被せてCANパッケージ化する工程などが含まれている。パッケージ化された半導体光デバイスは、TOSA(Transmitter Optical SubAssembly)等として光送受信モジュール内に組み込まれる。
近年、例えば10Gbps高速伝送システムの需要が拡大しており、半導体光デバイスにはAl系の高利得材料や低容量プロセスが導入されるようになってきている。しかしながら、要求されるスペックが厳しくなるに伴って半導体光デバイスの製造マージンが減少するため、歩留まりの安定化が課題となっている。
そこで、例えば特許文献1に記載の半導体装置の製造方法では、ロット番号、半導体ウェハ番号、ウェハ上のチップ座標といった一連の情報を示すチップ識別情報を半導体光素子の上面に描画し、識別情報を半導体製造工程及びウェハ試験工程にフィードバックすることによって歩留まりの安定化を図っている。
しかしながら、上述した従来の半導体装置の製造方法では、チップの上面に識別情報を描画しているので、CANパッケージ化によって半導体光素子がレンズキャップに覆われてしまうと、半導体光素子の識別情報を外部から読み取ることができなくなってしまうという問題があった。したがって、レンズキャップの固定後も生産管理を行うには別の識別番号を付与し直さなくてはならず、半導体光素子としての識別番号と半導体光デバイスとしての識別番号との対応表が必要になるなど、管理が複雑化するという問題が生じていた。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、歩留まりの安定化に向けての生産管理の簡単化を図ることができる半導体光素子及び半導体光デバイスを提供することを目的とする。
上記課題の解決のため、本発明に係る半導体光素子は、活性層を含む複数の半導体層を半導体基板上に積層してなる半導体光素子であって、当該半導体光素子を識別する識別マークを有し、識別マークが活性層からの光の出射端面側から見て認識可能となっていることを特徴としている。
この半導体光素子では、当該半導体光素子を識別する識別マークが活性層からの光の出射端面側から見て認識可能となっている。このため、半導体光素子にレンズキャップを被せてパッケージ化した後であっても、レンズを通して識別マークを認識することが可能となるため、レンズキャップの固定後に別の識別番号を付与し直す必要がなくなる。したがって、この半導体光素子では、歩留まりの安定化に向けての生産管理の簡単化を図ることができる。
また、活性層の両側には、半導体層の最上層から半導体基板に到達する深さのトレンチ溝がそれぞれ形成されており、識別マークは、トレンチ溝よりも外側に位置していることが好ましい。この場合、識別マークの形成による応力が活性層側に伝達することを抑制できるので、半導体光素子の信頼性が担保される。
また、識別マークは、出射端面に位置していることが好ましい。この場合、レンズを通して識別マークを認識する際の視認性を高めることができる。
また、識別マークは、出射端面において半導体層の積層方向に形成された溝であることが好ましい。このような溝を用いることにより、識別マークとして視認性を十分に確保できる。また、パターン形成が容易であるので、多数の半導体光素子の識別にも対応可能となる。
また、識別マークは、出射端面において半導体層の最上層に形成された樹脂片であることが好ましい。このような樹脂片を用いることにより、識別マークとして視認性を十分に確保できる。また、パターン形成が容易であるので、多数の半導体光素子の識別にも対応可能となる。
また、識別マークは、出射端面において半導体層の最上層に形成されたメッキ片であることが好ましい。このようなメッキ片を用いることにより、識別マークとして視認性を十分に確保できる。また、パターン形成が容易であるので、多数の半導体光素子の識別にも対応可能となる。
また、出射端面において半導体層の積層方向に形成されたマーク用溝が形成され、識別マークは、マーク用溝の内壁面に位置していることが好ましい。このような構成においても、レンズを通して識別マークを認識する際の視認性を高めることができる。
また、本発明に係る半導体光デバイスは、上記の半導体光素子がステム上にマウントされ、半導体光素子の出射端面に対応する位置にレンズが配置されるようにレンズキャップがステムに被せられていることを特徴としている。
この半導体光デバイスでは、レンズを通して半導体光素子を光の出射端面側から視認することで、半導体光素子の識別マークを認識することができる。したがって、半導体光素子とは別の識別番号を付与し直す必要がなくなり、歩留まりの安定化に向けての生産管理の簡単化を図ることができる。
本発明に係る半導体光素子及び半導体光デバイスによれば、歩留まりの安定化に向けての生産管理の簡単化を図ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体光素子及び半導体光デバイスの好適な実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体光デバイスの分解斜視図である。この半導体光デバイス1は、TOSA等として光送受信モジュール内に組み込まれ、例えば伝送速度が10Gbps以上の高速伝送システムにおける光源として利用されるデバイスである。半導体光デバイス1は、図1に示すように、ステム2とレンズキャップ3とによって形成される同軸型のCANパッケージの内部に半導体光素子11が収容されて構成されている。
ステム2は、円盤状のステムベース4と、ステムベース4の上面に立設された半円柱状のステムブロック5と、ステムベース4を貫通するように設けられた複数のステムピン6とを有している。ステムピン6は、その先端部分が所定の長さだけステムベース4の上面に突出した状態で、ガラス封止材等によってステムベース4に固定されている。
半導体光素子11は、例えば多重量子井戸構造が活性層に用いられた分布帰還型半導体レーザである。半導体光素子11は、活性層からの光の出射端面Lをレンズキャップ3側に向けた状態でステムブロック5の側面に固定されている。半導体光素子11のカソードは、導線を介してステムピン6に電気的に接続され、半導体光素子11のアノードは、ビア及び導線を介してステム2に電気的に接続されている。
レンズキャップ3は、ステムブロック5を覆うようにしてステムベース4の上面に固定されている。レンズキャップ3の上壁の中央部分には、円形の開口部が形成され、球レンズ7が嵌め込まれている。球レンズ7は、半導体光素子11の出射端面Lから出射するレーザ光を集光してレンズキャップ3の外部に出力する。
続いて、半導体光素子11の構成について更に詳細に説明する。図2は、本発明の一実施形態に係る半導体光素子11Aの構成を示す図である。半導体光素子11Aは、半導体基板12と、半導体基板12の一面側に積層された複数の半導体層13と、半導体層13の表面側に形成された表面電極14と、半導体基板12の他面側に形成された裏面電極15とを備えている。
半導体層13は、半導体基板12の表面に形成されたメサ部16と、メサ部16を覆うように半導体基板12の表面に形成された第1埋込層17と、メサ部16の両側において第1埋込層17の表面に形成された第2埋込層18と、第2埋込層18及びメサ部16の表面に形成されたクラッド層19と、クラッド層19の表面に形成されたコンタクト層20とによって構成されている。
半導体基板12は、例えばSnドープのn型InP基板である。半導体基板12の厚みは、約100μmとなっている。メサ部16は、活性層21を含む半導体領域を積層方向にエッチングで切り出すことにより、ストライプ状に形成されている。活性層21は、例えばGaInAsP層である。活性層21は、MQWとSCH層とを有しており、SCH層とクラッド層19との界面には、活性層21の導波路方向に沿った回折格子が形成されている。
活性層21では、周囲のクラッド層から注入されたキャリアが再結合することによって光が発生する。回折格子は、メサ部16の長手方向に沿って活性層21の内部を進行する光の一部を進行方向とは反対の方向に反射させる。これにより、活性層21の内部では、回折格子における凹凸パターンの周期で決まる波長の光が帰還される。
第1埋込層17は、例えばZnドープのp型InP層である。また、第2埋込層18は、例えばSiドープのn型InP層である。第2埋込層18は、メサ部16を埋め込んで素子の平坦化を実現すると共に、活性層21の両側における電流ブロック層として機能する。クラッド層19は、第1埋込層17と同様に、例えばZnドープのp型InP層である。クラッド層19は、活性層21の内部で発生した光の閉じ込め効果を高める役割を果たしている。また、コンタクト層20は、例えばZnがドープされたp型GaInAs層である。コンタクト層20は、表面電極14と第2クラッド層19との間でのオーミック接触を実現する。
また、メサ部16の両側には、一対のトレンチ溝22,22がそれぞれ形成されている。トレンチ溝22,22は、活性層21の導波路方向に沿って、コンタクト層20から半導体基板12に到達する深さで半導体光素子11Aの出射端面Lから反対側の端面にかけて延在している。さらに、コンタクト層20の表面には、例えばSiO2からなる厚み300nm程度の保護膜23が形成されている。保護膜23は、活性層21に対応する領域が開口しており、この領域を除いて、コンタクト層20及びトレンチ溝22,22の内壁面を覆うように形成されている。
表面電極14は、例えばTi/Pt/Auの三層構造となっている。表面電極14の本体部分14aは、保護膜23の開口部分から露出するコンタクト層20を覆うように形成されており、表面電極14のパッド部分14bは、本体部分14aから見て一方のトレンチ溝22よりも外側の領域に略円形に形成されている。本体部分14aとパッド部分14bとは、トレンチ溝22の内壁面に沿って形成された連結部分によって互いに接続されている。表面電極14の表面には、厚さ3μm程度のメッキ層24が形成されている。また、裏面電極15は、例えばAuGeNiによって半導体基板12の裏面側に形成されている。
さらに、半導体光素子11Aにおいて、活性層21から見てトレンチ溝22,22よりも外側の位置には、当該半導体光素子11Aを識別する識別マーク25Aが形成されている。本実施形態では、識別マーク25Aとして半導体層13の積層方向に形成された矩形の溝が用いられている。識別マーク25Aとしての溝は、例えばコンタクト層20から第1埋込層17に到達する深さで形成され、トレンチ溝22,22の深さよりは浅いものとなっている。そして、この溝が半導体光素子11Aにおける光の出射端面Lに露出していることにより、識別マーク25Aは、出射端面L側から見て認識可能となっている。
識別マーク25Aの形成パターンは、図3(a)及び図3(b)にも示すように、溝の位置及び数などによって特徴付けられており、この形成パターンを識別することにより半導体光素子11Aのチップ番号を判別することができる。なお、チップ番号は、例えばウェハ上のチップ座標等と関連付けられており、チップ番号を識別することによりウェハプロセス情報との相関を確認することが可能となる。
続いて、上述した半導体光素子11Aの製造方法について説明する。半導体光素子11Aを得る場合、半導体基板12を用意し、図4(a)に示すように、例えばOMVPE法を用いて半導体基板12の一面側に活性層21、クラッド層19、及びキャップ層26を成長させる。回折格子の形成には、電子ビーム露光又は干渉露光を用いることができる。
次に、例えばCVD法を用いてSiN膜をキャップ層26上に形成する。そして、フォトリソグラフィーを用いて、メサ部16の形成予定箇所に幅3μm程度のストライプ状のレジストパターンを形成し、例えばCH4を用いたRIEでSiN膜を選択エッチングする。この結果、図4(b)に示すように、ストライプ状のSiNマスク27が形成される。この後、有機溶剤でレジストを除去し、SiNマスク27を用いて、例えばブロムメタノールを用いたウェットエッチングによって活性層21、クラッド層19、及びキャップ層26をエッチングし、メサ部16を形成する。
メサ部16の形成の後、図5(a)に示すように、例えばOMVPE法を用いて、第1埋込層17、第2埋込層18、及びクラッド層19を成長させる。この後、フッ酸等を用いてSiNマスク27を除去し、図5(b)に示すように、例えばOMVPE法を用いてクラッド層19を更に成長させ、次いでコンタクト層20を成長させる。なお、図5(b)で成長させるクラッド層のドーピング濃度は、図4(a)及び図5(a)で成長させるクラッド層のドーピング濃度と異なっていてもよい。
コンタクト層20を成長させた後、例えばCVD法を用いてコンタクト層20上にSiN膜を形成する。次に、図6(a)に示すように、フォトリソグラフィーを用いてメサ部16の両側の位置で幅10μm程度のストライプ状のレジストパターンを形成し、例えばCF4を用いたRIEでSiN膜を選択エッチングする。この結果、ストライプ状の開口パターンを有するSiNマスク28が形成される。この後、有機溶剤でレジストを除去し、図6(b)に示すように、SiNマスク28を用いて、塩酸・酢酸・過水を用いたウェットエッチングにより、メサ部16の両側にトレンチ溝22,22を形成する。トレンチ溝22,22の形成後、図6(c)に示すように、フッ酸等を用いてSiNマスク28を除去する。
次に、図7(a)に示すように、コンタクト層20及びトレンチ溝22の内壁面を覆うようにSiN膜を形成し、フォトリソグラフィーとRIEとを用いて、識別マーク25の形成予定箇所で矩形状にSiNマスク29を開口させる。なお、このSiNマスク29の開口パターンは、ウェハをチップ化する際の切断線を跨ぐようにして隣接する素子側まで延在させておくとよい。こうすると、切断線が多少ずれたとしても識別マーク25Aが確実に出射端面Lに位置することとなる。
SiNマスク29の開口パターンを形成した後、例えばCH4/H2を用いたRIEにより半導体層13をエッチングし、図7(b)に示すように、識別マーク25Aとしての溝を形成する。識別マーク25Aの形成後、図7(c)に示すように、フッ酸等を用いてSiNマスク29を除去する。このとき、図7(a)〜図7(c)の工程を繰り返すことにより、溝の深さを多段に形成してもよい。この場合、識別マーク25Aのパターン数を増加させることができる。
識別マーク25Aの形成の後、図8(a)に示すように、例えばCVD法を用いてコンタクト層20、トレンチ溝22の内壁面、及び識別マーク25Aである溝の内壁面を覆うように保護膜23を形成する。次に、図8(b)に示すように、フォトリソグラフィーを用いて活性層21に対応する領域で幅4μm程度のストライプ状に保護膜23を開口させる。
保護膜23を開口させた後、フォトリソグラフィーを用いて表面電極14のパターニングを行い、図9(a)に示すように、蒸着法又はスパッタ法によって表面電極14を形成する。次に、所定の有機溶剤を用いて不要な電極部分をリフトオフした後、フォトリソグラフィーを用いてメッキパターンを形成し、表面電極14の表面にメッキ層24を形成する。最後に、裏面工程で半導体基板12の裏側に裏面電極15を形成すると、図2に示した半導体光素子11Aが完成する。
以上説明したように、半導体光素子11Aでは、当該半導体光素子11Aを識別する識別マーク25Aが光の出射端面L側から見て認識可能となっている。このため、半導体光素子11Aにレンズキャップ3を被せてパッケージ化し、半導体光デバイス1とした後であっても、球レンズ7を通して識別マーク25Aを認識することが可能となる。したがって、レンズキャップ3の固定後に別の識別番号を付与し直す必要がなくなるので、歩留まりの安定化に向けての生産管理の簡単化を図ることができる。
また、半導体光素子11Aでは、半導体層13の積層方向に形成された溝を識別マーク25Aとしており、この溝を出射端面Lに露出するように形成している。このように、出射端面Lに位置する半導体層13の積層方向に形成された溝を用いることにより、球レンズ7を通して識別マーク25Aを認識する際の視認性を高めることができる。また、パターン形成が容易であるので、多数の半導体光素子11の識別にも対応可能となる。
さらに、半導体光素子11Aでは、活性層21の両側に半導体層13の最上層から半導体基板12に到達する深さのトレンチ溝22,22がそれぞれ形成されており、識別マーク25Aは、トレンチ溝22,22よりも外側に位置している。このような構成により、識別マーク25Aの形成による応力が活性層21側に伝達することを抑制できるので、半導体光素子11Aの信頼性が担保される。
識別マークは、上述した溝によって形成したものに限られず、出射端面L側から見て認識可能であれば、種々の変形を適用可能である。例えば図10に示す半導体光素子11Bでは、ベンゾシクロブテン(BCB)などの樹脂片をトレンチ溝22,22の外側で出射端面Lに位置させ、識別マーク25Bとして用いている。
このような樹脂片を形成する場合には、例えば図11に示すように、コンタクト層20及びトレンチ溝22の内壁面を覆うように保護膜23を形成した後、保護膜23の開口パターンを形成する前に樹脂層をスピン塗布によって形成し、フォトリソグラフィーを用いて樹脂片をパターン形成すればよい。また、図12に示す半導体光素子11Cのように、溝及び樹脂片の組み合わせからなる識別マーク25Cを用いてもよい。この場合、パターン数を増加できるので、より多数の半導体光素子11の識別にも対応可能となる。
また、例えば図13に示す半導体光素子11Dでは、表面電極14の表面のメッキ層24と同じ材料で形成されたメッキ片をトレンチ溝22,22の外側で出射端面Lに位置させ、このメッキ片を識別マーク25Dとして用いている。このようなメッキ片を形成する場合には、図14に示すように、フォトリソグラフィーを用いた表面電極14のパターニングの際にメッキ片のパターニングを同時に行い、メッキ層24と共にメッキ片を形成すればよい。識別マークは、上述した溝、樹脂片、及びメッキ片を組み合わせて構成してもよい。
また、例えば図15に示す半導体光素子11Eでは、出射端面Lにおいて半導体層の積層方向にマーク用溝31を形成し、マーク用溝31の内壁面に印字したチップ番号を識別マーク25Eとして用いている。マーク用溝31は、半導体光素子11Aの出射端面Lにおいて、例えばトレンチ溝22,22と同様にコンタクト層20から半導体基板12に到達する深さで形成されており、マーク用溝31の三方の内壁面は、半導体基板12側に向かってマーク用溝31の断面積が小さくなるような傾斜面となっている。
このようなマーク用溝31を形成する場合には、まず、図16(a)に示すように、トレンチ溝22,22を形成した後、コンタクト層20及びトレンチ溝22の内壁面を覆うようにSiN膜を形成する。そして、フォトリソグラフィーとRIEとを用いて、マーク用溝31の形成予定箇所で矩形状にSiN膜を開口させる。これにより、SiNマスク32が形成される。
次に、例えば塩酸・酢酸・過水を用いたウェットエッチングにより半導体層13をエッチングし、図16(b)に示すように、マーク用溝31を形成する。マーク用溝31の形成後、フッ酸等を用いてSiNマスク32を除去し、図17(a)に示すように、保護膜23を形成する。そして、図17(b)に示すように、表面電極14の形成と同様の工程でマーク用溝31の内壁面にチップ番号を印字する。
このような半導体光素子11Eの構成においても、球レンズ7を通してレンズキャップ3の外部から識別マーク25Eを認識できる。したがって、レンズキャップ3の固定後に別の識別番号を付与し直す必要がなくなるので、歩留まりの安定化に向けての生産管理の簡単化を図ることができる。なお、半導体光素子11Eでは、マーク用溝31の内壁面にチップ番号を印字しているので、印字部分へのメッキは不要である。
1…半導体光デバイス、2…ステム、3…レンズキャップ、7…球レンズ、11(11A〜11E)…半導体光素子、13…半導体層、21…活性層、22…トレンチ溝、25A〜25E…識別マーク、31…マーク用溝、L…出射端面。
Claims (8)
- 活性層を含む複数の半導体層を半導体基板上に積層してなる半導体光素子であって、
当該半導体光素子を識別する識別マークを有し、前記識別マークが前記活性層からの光の出射端面側から見て認識可能となっていることを特徴とする半導体光素子。 - 前記活性層の両側には、前記半導体層の最上層から前記半導体基板に到達する深さのトレンチ溝がそれぞれ形成されており、
前記識別マークは、前記トレンチ溝よりも外側に位置していることを特徴とする請求項1記載の半導体光素子。 - 前記識別マークは、前記出射端面に位置していることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体光素子。
- 前記識別マークは、前記出射端面において前記半導体層の積層方向に形成された溝であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の半導体光素子。
- 前記識別マークは、前記出射端面において前記半導体層の最上層に形成された樹脂片であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の半導体光素子。
- 前記識別マークは、前記出射端面において前記半導体層の最上層に形成されたメッキ片であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の半導体光素子。
- 前記出射端面において前記半導体層の積層方向に形成されたマーク用溝が形成され、
前記識別マークは、前記マーク用溝の内壁面に位置していることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体光素子。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体光素子がステム上にマウントされ、前記半導体光素子の前記出射端面に対応する位置にレンズが配置されるようにレンズキャップが前記ステムに被せられていることを特徴とする半導体光デバイス。
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